PLH L53 : chauffage périodique par laser pour la caractérisation thermique de haute précision des matériaux minces
Le LINSEIS PLH L53 est un système de mesure de haute précision basé sur le laser pour la détermination de la conductivité thermique de couches minces. Le PLH L53 est un instrument de mesure de la conductivité thermique des matériaux, des films et des membranes à l’échelle du micron, utilisant la méthode de chauffage périodique par laser (PLH).
Cette technique sans contact permet une caractérisation thermique fiable des échantillons sensibles et autoportants, sans contact mécanique ni préparation complexe des échantillons.
Conçu pour la recherche et le développement de matériaux avancés, le PLH L53 permet une analyse précise des matériaux minces homogènes et non homogènes, y compris les feuilles métalliques, polymères, films et structures membranaires.
Grâce à son principe de mesure optique, sa haute sensibilité et ses modèles d’évaluation robustes, le PLH L53 fournit des données de conductivité thermique précises, reproductibles et pertinentes pour les applications dans les technologies modernes de matériaux minces.
Caractéristiques uniques
Mise à niveau électronique
L’électronique de mesure du PLH L53 a été spécialement conçue pour les mesures optiques de chauffage périodique par laser basées sur la fréquence et offre des améliorations significatives des performances en termes de stabilité du signal et d’acquisition de données.
Parmi les avantages de l’architecture électronique optimisée :
- Haute stabilité du signal
Assure une détection fiable de la phase et de l’amplitude pendant l’excitation périodique du laser, même sur de longues périodes de mesure. - Électronique à faible bruit
Minimise les interférences électroniques et améliore le rapport signal/bruit pour une détermination précise de la conductivité thermique des matériaux minces. - Contrôle précis de la fréquence
Permet une modulation laser stable et reproductible, essentielle pour l’évaluation dans le domaine fréquentiel. - Excellente reproductibilité
Garantie de résultats de mesure cohérents lors d’analyses répétées de films, feuilles et membranes.
Nouvelles fonctionnalités matérielles
- Concept de mesure laser sans contact
Le PLH L53 utilise une configuration de chauffage laser périodique optique entièrement sans contact, ce qui évite toute interaction mécanique avec l’échantillon. Cela permet des mesures fiables de la conductivité thermique de matériaux sensibles, fins et flexibles, tels que les films et les membranes, sans affecter leurs propriétés intrinsèques. - Système optique optimisé pour les échantillons de l’ordre du micron
Les optiques de chauffage et de détection laser alignées avec précisiongarantissent une excitation homogène et une mesure précise de la température. Le système a été spécialement conçu pour les couches minces, les films et les membranes de l’ordre du micron et offre une sensibilité élevée et une acquisition stable du signal. - Manipulation flexible des échantillons et alignement stable
La conception du matériel prend en charge l’examen d’échantillons autonomes et de structures à base de substrat sans étapes de préparation complexes. Une conception optique robuste garantit la stabilité de l’alignement à long terme et une excellente reproductibilité, même en cas de mesures répétées et de fonctionnement prolongé.
Analyse des données orientée vers les applications
Le nouveau design de l’appareil se caractérise par un élégant boîtier en aluminium, à la fois robuste et agréable à l’œil. Une barre d’état LED permet de visualiser les informations importantes de manière conviviale. Un écran tactile permet une utilisation intuitive et offre une expérience utilisateur moderne qui allie confort et fonctionnalité. Le nouveau design met l’accent sur l’ergonomie.
Linseis Lab Link
Avec Linseis Lab Link, nous proposons une solution intégrée pour éliminer les incertitudes dans les résultats de mesure. Grâce à un accès direct à nos experts en applications via le logiciel, vous pouvez obtenir des conseils sur la méthode de mesure et l’interprétation des résultats les plus appropriés. Cette communication directe garantit des résultats optimaux et maximise l’efficacité de vos mesures pour des analyses et des recherches précises, ainsi qu’un déroulement fluide des processus.
Haute reproductibilité et stabilité de mesure
La combinaison d’une électronique synchronisée, d’une modulation laser stable et d’un alignement optique robuste garantit des résultats cohérents et reproductibles.
Ceci est particulièrement important pour les études comparatives, les variations de paramètres et les études à long terme.
Un flux de travail optimisé pour la recherche et le développement
Conçu pour une utilisation efficace en laboratoire, le PLH L53 combine une utilisation intuitive, une préparation minimale des échantillons et des routines de mesure fiables. Cela permet une intégration transparente dans les flux de travail R&D existants et favorise une caractérisation des matériaux rapide et orientée vers les applications.
Points forts
Plage de température
jusqu'à 300°C
Épaisseur de 10 µm à 500 µm
Robot multi-échantillons
Fonctionnement entièrement automatique
Caractéristiques principales
Mesure sans contact basée sur le laser
Le chauffage périodique par laser sans contact élimine les influences mécaniques sur l’échantillon et permet des mesures fiables de la conductivité thermique sur des matériaux fins et sensibles.
Optimisé pour les films, feuilles et membranes de l’ordre du micron
Spécialement conçu pour les matériaux fins de l’ordre du micron, y compris les films et membranes autoportants et les structures à base de substrat.
Sensibilité élevée pour les échantillons de faible masse
Le principe de mesure optique permet une caractérisation thermique précise, même pour des échantillons de masse et d’épaisseur très faibles.
Plate-forme intégrée LINSEIS
Le logiciel intégré LINSEIS offre une solution complète qui combine matériel et logiciel pour une sécurité et une précision maximales des processus. La plate-forme standardisée permet d’intégrer de manière transparente des composants et des équipements de partenaires externes – pour un système global particulièrement robuste et fiable.
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+49 (0) 9287/880 0
jeudi de 8h à 16h
et vendredi de 8h à 12h.
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Spécifications
Chauffage périodique par laser (PLH), optique & non-contact
Films fins, feuilles et membranes dans la gamme µm
Conductivité thermique des matériaux fins
Découvrez notre puissant PLH – conçu pour la caractérisation thermique optique précise des couches minces, des films et des membranes :
- Plage de température : de la température ambiante à 300 °C
- Vitesses de chauffage : 0,01 à 20 °C/min
- Épaisseur de l’échantillon : 10 à 500 µm
- Source laser : diode laser CW jusqu’à 5 W, longueur d’onde 450 nm
- Plage de conductivité thermique : 0,01 à 2000 mm²/s (en fonction de l’épaisseur)
Méthode
Chauffage périodique au laser
La méthode de chauffage périodique au laser (PLH) est une méthode optique sans contact pour déterminer la conductivité thermique des couches minces, des films et des membranes à l’échelle du micromètre.
Elle est particulièrement adaptée aux matériaux sensibles, de faible masse et autoportants, pour lesquels les méthodes traditionnelles basées sur le contact atteignent leurs limites.
Pendant la mesure, la surface de l’échantillon est périodiquement chauffée par une source laser modulée.
Ce chauffage contrôlé et harmonieux induit une réaction thermique périodique au sein du matériau.
L’oscillation de température qui en résulte est détectée optiquement et évaluée dans le domaine des fréquences.
L’analyse du déphasage et de l’amplitude de la réaction thermique par rapport à la modulation laser appliquée permet de calculer la conductivité thermique de l’échantillon.
Comme il s’agit d’un procédé entièrement optique, aucun capteur, contact électrique ou charge mécanique n’est nécessaire, de sorte que les propriétés thermiques intrinsèques du matériau ne sont pas affectées.
La méthode PLH permet une caractérisation thermique fiable et reproductible des matériaux minces homogènes et non homogènes, ce qui la rend idéale pour les applications de recherche, de développement de matériaux et de contrôle qualité.
Principe de mesure
La méthode du chauffage laser périodique (PLH) consiste à exposer la surface de l’échantillon à un chauffage laser modulé périodiquement.
Cette excitation thermique harmonique génère une onde de température qui se propage à travers le matériau mince en fonction du comportement de transport thermique du matériau.
La réponse thermique résultante est détectée optiquement et évaluée dans le domaine fréquentiel.
La relation entre la fréquence d’excitation, le déphasage et l’amplitude du signal de température constitue la base de l’analyse quantitative.
Chauffage laser périodique à plan croisé
Le système utilise un laser à diode pour chauffer périodiquement le dos de l’échantillon avec une lumière modulée en amplitude.
L’énergie absorbée génère une onde thermique qui se propage à travers l’échantillon vers la face avant, où elle est émise sous forme de rayonnement infrarouge.
L’oscillation de température qui en résulte est enregistrée par un détecteur IR.
La conductivité thermique, la conductivité thermique et la capacité thermique volumétrique sont déterminées à partir du déphasage et de l’amplitude du signal à l’aide du logiciel d’évaluation LINSEIS.
Le seul paramètre d’entrée requis est l’épaisseur de l’échantillon.
$$
\alpha_{\Phi,\mathrm{amp}} = \frac{L^2}{2\Phi,m_{\mathrm{amp}}}
$$
Description :
- αΦ,amp – diffusivité thermique, déterminée à partir de l’analyse de phase et d’amplitude
- [𝑚2/𝑠]
- L – épaisseur de l’échantillon [𝑚]
- mΦ,amp – Pente de la zone linéaire obtenue à partir de l’évaluation de la phase ou de l’amplitude [𝑠].
\[
\alpha = \sqrt{\alpha_{\Phi} \cdot \alpha_{\mathrm{amp}}}
\]
Chauffage laser périodique dans le plan
- αΦ,amp – diffusivité thermique, dérivée de l’analyse de phase et d’amplitude
- [𝑚2/𝑠]
- ω – fréquence angulaire [1/𝑠], avec 𝜔=2𝜋𝑓
- f – fréquence de modulation [𝐻𝑧]
- mΦ,amp – pente de l’ajustement linéaire obtenu à partir de l’évaluation de la phase et de l’amplitude [1/𝑚].
- α – conductivité thermique résultante [𝑚2/𝑠]
- αΦ – conductivité thermique déterminée à partir de l’analyse de phase
- αamp – conductivité thermique déterminée à partir de l’analyse d’amplitude
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PLH L53 présenté - comment il fonctionne, où il s'adapte, ce qu'il offre
Analyse de l'anisotropie et de l'inhomogénéité
Anisotropie
La conductivité thermique du matériau, les plaques de graphite, peut être directionnelle. In-Plane et Cross-Plane sont des termes utilisés pour décrire deux directions de transport spécifiques au sein d’un matériau. Alors que In-Plane signifie en fait à l’intérieur de l’échantillon perpendiculairement à la direction d’excitation, le terme Cross-Plane se réfère à la conductivité thermique de l’échantillon dans la direction d’excitation. La conductivité thermique des plaques de graphite dans le plan et perpendiculairement au plan peut varier considérablement, dépassant facilement plusieurs ordres de grandeur. Les applications sont nombreuses et ces connaissances peuvent être cruciales dans différents domaines, comme les appareils électroniques, où la gestion de la chaleur est un défi omniprésent.
Inhomogénéité
Selon l’échantillon, la composition peut varier légèrement au sein de l’échantillon. C’est généralement le cas des gels, des pâtes et des polymères, de sorte que ce changement se reflète également dans la conductivité thermique. En général, les appareils PLH standard ignorent ce fait et considèrent l’échantillon entier en une seule fois alors qu’il est chauffé par l’impulsion lumineuse. Si vous êtes intéressé par ces différences, nos techniques PLH sont très utiles. Contrairement à la technique laser-flash, l’échantillon est chauffé localement, ce qui vous permet de vérifier qu’il ne présente pas d’hétérogénéité. Les variations de la conductivité thermique peuvent créer des points chauds qui affectent les performances et la durée de vie des appareils électroniques. Il est essentiel de garantir une distribution homogène de la conductivité thermique pour gérer efficacement la chaleur et éviter la surchauffe.
Solutions combinées
La combinaison de la méthode laser-flash et de la méthode de chauffage laser périodique offre un certain nombre d’avantages puissants qui peuvent améliorer considérablement la caractérisation de vos matériaux :
Expérimentez le pouvoir de la synergie
Combinez la précision de la méthode laser flash éprouvée avec les performances dynamiques de la méthode de chauffage laser périodique. Vivez une révolution dans l’analyse thermique comme jamais auparavant !
Profil thermique complet
Plongez plus profondément dans le comportement thermique de vos matériaux. Obtenez une compréhension globale de la conductivité thermique et de la diffusivité, ainsi qu’une vue d’ensemble à 360 °C des performances.
Accélérez l’innovation
Faites passer votre développement de matériaux à la vitesse supérieure ! Optimisez en toute transparence les systèmes de gestion thermique, révolutionnez les technologies de stockage d’énergie et développez des composants électroniques de pointe grâce à la précision inégalée de la méthode de chauffage périodique par laser. Vivez une révolution dans l’analyse thermique comme jamais auparavant !
Des résultats plus rapides, des décisions plus rapides
Optimisez l’efficacité grâce à des processus de recherche rationalisés. La collecte et l’analyse rapides des données vous permettent de prendre des décisions éclairées plus rapidement que jamais, ce qui vous fait gagner du temps et des ressources.
Applications polyvalentes
De la science à la recherche et au développement industriels, cette combinaison est la clé de votre succès. Relevez les défis dans les domaines des matériaux avancés, des systèmes énergétiques et au-delà, tout en redéfinissant les limites du possible.
Voir l’invisible
Ne vous contentez pas d’une image incomplète. Libérez le véritable potentiel de vos matériaux
avec une approche combinée qui révèle les interactions complexes entre les propriétés thermiques.
Supports et porte-échantillons
Obtenez de toutes nouvelles informations en combinant les méthodes LFA et PLH.
| Temperature range: | RT up to 300 °C, 500 °C, 1000 °C, 1250 °C, 1600 °C |
| Sample dimensions: | Ø 3, 6, 10, 12.7 or 25.4 mm Square 5×5, 10×10 or 20×20 mm |
| Sample robot: | Carousel with 3 or 6 samples |
| Sample thickness: | 10 to 6000 μm |
| Thermal transmittance: | from 0.01 to 2000 mm2/s (depending on thickness) |
| Accuracy: | ±5% |
| Reproducibility: | ±5% |
Combien coûte un PLH L53 ?
Le prix d’un système PLH L53 dépend de la configuration choisie et des options supplémentaires, telles que la plage de température, le type de détecteur, les fonctions d’automatisation ou les supports d’échantillons spéciaux. Comme chaque système peut être adapté aux besoins spécifiques de votre application, le coût peut varier considérablement.
Pour obtenir un devis précis, veuillez nous envoyer vos exigences via notre formulaire de contact – nous serons heureux de vous fournir un devis personnalisé.
Quel est le délai de livraison pour un PLH L53 ?
Le délai de livraison d’un PLH L53 dépend en grande partie des options et de la configuration choisies. Des fonctionnalités supplémentaires telles que des plages de température étendues, des détecteurs spéciaux, l’automatisation ou des personnalisations peuvent allonger le temps de production et de préparation, et donc le délai de livraison.
Veuillez nous contacter via notre formulaire de contact pour obtenir une prévision précise du délai de livraison basée sur vos exigences individuelles.
Logiciel
Rendre les valeurs visibles et comparables
TOUT NOUVEAU logiciel LiEAP
Le logiciel LiEAP récemment développé comprend un support basé sur l’IA qui minimise les erreurs de manipulation et réduit les incertitudes de mesure. En outre, le logiciel prend en charge plusieurs modèles uniques, dont le modèle Dusza, qui peut traiter des échantillons transparents, poreux, liquides et en poudre, ainsi que des systèmes multicouches.
Principales caractéristiques
- Logiciel MS®Windows™ entièrement compatible
- Sécurité des données en cas de panne de courant
- Caractéristiques de sécurité (protection contre la rupture du thermocouple, les pannes de courant, etc.)
- Evaluation en ligne et hors ligne de la mesure en cours
- Comparaison des courbes
- Stockage et exportation des rapports
- Exportation et importation de données au format ASCII
- Exportation des données vers MS Excel
- Analyse multi-méthodes (DIL, STA, DSC, HCS, LSR, LZT, LFA)
- Contrôle des gaz programmable
- NOUVEAU flux de travail
- Les données de mesure sont automatiquement enregistrées dans une base de données.
Détermination du Cp (chaleur spécifique) par comparaison
Pour calculer la capacité thermique spécifique, l’augmentation maximale de la température de l’échantillon est comparée à l’augmentation maximale de la température d’un échantillon de référence. L’échantillon inconnu et l’échantillon de référence sont tous deux mesurés dans les mêmes conditions, en un seul passage avec le robot d’échantillonnage. On peut donc supposer que l’énergie de l’impulsion laser et la sensibilité du détecteur infrarouge sont les mêmes pour les deux mesures.
Détection d’impulsions
Pour améliorer la précision de la mesure de Cp, il est essentiel de mesurer l’énergie de l’impulsion et la sensibilité du détecteur, plutôt que de les supposer constantes.
C’est pourquoi le LFA L51 mis à jour offre la possibilité d’enregistrer la forme d’impulsion, de capturer la forme d’impulsion et d’effectuer une correction d’énergie dans le cycle de mesure entièrement automatisé. Il en résulte une détermination très précise de la capacité thermique spécifique en mode de mesure comparative avec un matériau de référence connu.
Logiciel d’évaluation
- Saisie automatique ou manuelle des données de mesure associées : par ex. densité et chaleur spécifique
- Modèle d’évaluation combiné universel pour l’exploitation des données
- Modèles spéciaux pour les échantillons translucides ou poreux
Modèles d’évaluation
- Modèle combiné Dusza
- NOUVEAU modèle McMasters (pour les échantillons poreux)
- Modèles à 2/3 équipes
- Parker
- Cowan 5 et 10
- Azumi
- Clark-Taylor
- Degiovanni
- Correction d’impulsion finie
- Correction des pertes de chaleur
- Correction de base
- Modèle multi-couches
- Détermination de la résistance de contact
- Correction pour les échantillons translucides
Logiciel de mesure
- Saisie simple et conviviale des données pour les segments de température, les gaz, etc.
- Robot d’échantillonnage contrôlable
- Après l’impulsion d’énergie, le logiciel affiche automatiquement les valeurs de mesure corrigées
- Processus de mesure entièrement automatique pour les mesures de plusieurs échantillons
- Service clientèle
- Mode simple pour des mesures efficaces et rapides
- Mode expert pour une personnalisation maximale
- Le modèle de service surveille le mode de l’appareil et fournit un retour d’information
Votre industrie
Couches minces
Dans les systèmes modernes à couches minces – tels que les films polymères, les films métalliques, les membranes et les couches fonctionnelles – les propriétés de transport de chaleur peuvent être très différentes de celles des matériaux en volume.
En particulier pour les échantillons micrométriques, le transport de chaleur est fortement influencé par l’épaisseur, l’anisotropie et les inhomogénéités du matériau, de sorte qu’une caractérisation précise est essentielle pour une conception thermique fiable.
Le LINSEIS PLH L53 utilise la méthode Periodic Laser Heating (PLH), une technique optique et sans contact pour l’analyse thermique précise de couches minces, de films et de membranes de l’ordre du micron.
En chauffant périodiquement l’échantillon avec un laser modulé et en évaluant la réponse thermique résultante dans le domaine fréquentiel, le PLH L53 permet de déterminer de manière fiable la conductivité thermique et la conductivité thermique sans contact mécanique ni fixation du capteur.
Avec sa haute sensibilité pour les échantillons de faible masse et ses modèles d’évaluation robustes, le PLH L53 est idéal pour la recherche, le développement de matériaux et le contrôle qualité des matériaux minces, et favorise une gestion thermique optimisée dans les systèmes de matériaux avancés et anisotropes.
Application : Saphir 500 μm
Le saphir appartient à la catégorie des matériaux céramiques et possède une valeur de diffusivité thermique de référence de 13,3 mm²/s. Nos mesures confirment cette valeur de diffusivité thermique avec une grande précision. En raison de ses excellentes propriétés thermiques et optiques, le saphir est souvent utilisé en microélectronique pour les technologies laser et les LED.
La courbe de mesure ci-contre représente le déphasage entre l’excitation et le rayonnement infrarouge, ainsi qu’une sorte d’amplitude du rayonnement infrarouge par rapport à la racine carrée de la fréquence angulaire utilisée pour alimenter le laser. La pente de la partie linéaire de ces deux courbes permet de déterminer la conductivité thermique.
Application : cuivre 500 μm
Les feuilles de cuivre, en particulier celles d’une épaisseur de seulement 560 μm, sont couramment utilisées dans l’industrie électronique comme diffuseurs de chaleur. Elles jouent un rôle crucial dans la dissipation de la chaleur dans les composants électroniques en assurant une distribution efficace de la chaleur, ce qui améliore les performances et la longévité des appareils. Leurs domaines d’application vont des appareils de tous les jours, tels que les smartphones et les ordinateurs portables, aux systèmes aérospatiaux les plus sophistiqués. La valeur de référence pour cet échantillon est de 117 mm²/s.
La courbe de mesure ci-contre représente le déphasage entre l’excitation et le rayonnement infrarouge, ainsi qu’une certaine amplitude du rayonnement infrarouge par rapport à la racine carrée de la fréquence angulaire utilisée pour alimenter le laser. La pente de la partie linéaire de ces deux courbes permet de déterminer la conductivité thermique.
Polymères
Les polymères sont souvent utilisés dans les technologies modernes sous forme de couches minces, de films et de membranes – par exemple dans l’électronique, le stockage de l’énergie, les revêtements et les couches fonctionnelles.
Pour obtenir des performances fiables, il est essentiel de bien comprendre leur conductivité thermique et leur conduction thermique, notamment en ce qui concerne la dissipation de la chaleur, la gestion de la chaleur et la stabilité à long terme.
Le LINSEIS PLH L53 permet une caractérisation thermique précise et sans contact des matériaux minces à base de polymères en utilisant la méthode de chauffage périodique par laser.
Cette technique optique est idéale pour les couches de polymère de faible masse et d’une épaisseur de l’ordre du micromètre, pour lesquelles les méthodes traditionnelles basées sur le contact ne sont pas applicables.
Les mesures PLH aident au développement, à la comparaison et à l’optimisation des matériaux et fournissent des données thermophysiques fiables pour la conception de polymères orientés vers les applications.
Application : Polytétrafluoroéthylène (PTFE) 100 μm
Pour le polytétrafluoroéthylène (PTFE) – un film polymère mince – plus connu sous le nom de Téflon, la valeur de référence de la diffusivité thermique du PTFE est de 0,11 mm²/s. Le téflon est utilisé comme revêtement pour les poêles afin que les aliments n’adhèrent pas à la poêle et que celle-ci puisse être facilement nettoyée. L’épaisseur de ces revêtements varie de 30 μm à 150 μm.
Le diagramme de mesure ci-contre représente le déphasage entre l’excitation et le rayonnement infrarouge, ainsi qu’une sorte d’amplitude du rayonnement infrarouge par rapport à la racine carrée de la fréquence angulaire utilisée pour alimenter le laser. La pente de la partie linéaire de ces deux courbes permet de déterminer la diffusivité thermique.
Application : Répétabilité du PTFE 100 μm
La répétabilité d’une mesure de polytétrafluoroéthylène d’une épaisseur de 105,6 μm est excellente, avec un peu plus de 1 %. Cela confirme la méthode de mesure et sa haute performance.
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