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PLH

Chauffage laser périodique – Maîtrise des propriétés thermiques et de l’épaisseur à l’ère des nanotechnologies

Description

Au point

La caractérisation des matériaux micrométriques est une question cruciale aujourd’hui en raison de la recherche et du développement en cours pour les nouvelles technologies, telles que les applications des batteries et de l’hydrogène, ainsi que des efforts de miniaturisation.

En raison de leur grand rapport surface/volume, ces types de matériaux doivent être étudiés séparément des matériaux en vrac, mais la préparation des échantillons et les mesures peuvent s’avérer très difficiles.

En plus de notre technique bien établie de flash laser, l’installation PLH nous permet d’étendre la gamme de mesures de nos instruments optiques non destructifs en termes d’épaisseur et de propriétés de transport thermique.

Le PLH a été développé et optimisé pour caractériser les échantillons avec une grande précision sur une plage de mesure de l’épaisseur de l’échantillon de 10 μm à 500 μm et une diffusion thermique de 0,01 à 2000 mm²/s.

Le système peut traiter une large gamme de matériaux. Il est possible de mesurer des échantillons à comportement semi-conducteur ainsi que des métaux, des céramiques ou des polymères. Les applications typiques comprennent les films et les membranes autonomes pour les industries des batteries et de l’hydrogène.

Plage de température
jusqu'à 300°C

Épaisseur de
10 µm
jusqu'à 500 µm

Multi-échantillon
robot

Entièrement automatique
fonctionnement

Mode

Cross-Plane Periodic Laser Heating

Le système utilise un laser à diode pour chauffer périodiquement l’arrière d’un échantillon avec une lumière laser continue modulée en amplitude. Cette énergie est absorbée par l’échantillon et induit une onde thermique. L’onde thermique se propage à travers l’échantillon jusqu’à sa face avant, où l’énergie thermique initialement absorbée est émise. L’oscillation de la température de la face avant qui en résulte est enregistrée à l’aide d’un détecteur IR, comme le montre la figure ci-dessous.

En raison des propriétés de transport thermique de l’échantillon, un comportement caractéristique du déphasage et de l’amplitude du signal obtenu peut être observé.

L’évaluation de la conductivité thermique, de la diffusivité thermique et de la capacité thermique spécifique au volume est réalisée à l’aide de notre logiciel Linseis. Le seul paramètre d’entrée requis est l’épaisseur de l’échantillon.


IL désigne la lumière laser modulée et IIR le rayonnement infrarouge avec les amplitudes correspondantes AL et AIR ainsi que le déphasage Φ.

α = Diffusion thermique [m2/s]
L = Hauteur de l’échantillon [m]
m = Pente de la plage linéaire [√s]

Mode

Cross-Plane Periodic Laser Heating

α =diffusion thermique [m²/s]
ω = fréquence angulaire (2*π*f ) [1/s]
f = fréquence de modulation [Hz]
m(Φ, amp) = pente de la courbe des deux mesures, une fois après la phase et une fois après l’amplitude [1/m].
une fois après l’amplitude [1/m]

.

En outre, le système est capable de mesurer la diffusivité thermique dans le plan grâce à l’utilisation d’un étage de décalage horizontal, tout en excitant simultanément l’échantillon avec une lumière laser continue modulée en amplitude.

En fonction de la diffusivité thermique dans le plan de l’échantillon, on peut observer un comportement caractéristique du déphasage et de l’amplitude mesurés par rapport au décalage latéral entre le laser et le détecteur.

Cette méthodologie permet d’élucider la relation complexe entre conductivité thermique et diffusivité, ce qui permet d’obtenir des informations susceptibles d’avoir des répercussions importantes sur le paysage de la science des matériaux.

Grâce à des mesures précises dans le plan, il est possible d’identifier les goulets d’étranglement thermiques et de déterminer des solutions de conception optimales pour améliorer les performances et l’efficacité des technologies basées sur des matériaux anisotropes. L’évaluation de la diffusivité thermique dans le plan peut être réalisée à l’aide du progiciel Linseis sans connaître d’autres paramètres d’entrée.

Analyse de l’anisothropie et de l’inhomogénéité

La conductivité thermique du matériau peut dépendre de la direction. Les termes “dans le plan” et “dans le plan transversal” sont utilisés pour décrire deux directions de transport spécifiques à l’intérieur d’un matériau. Alors que “dans le plan” signifie en fait que l’échantillon est perpendiculaire à la direction de l’excitation, le terme “dans le plan transversal” fait référence à la conductivité thermique de l’échantillon dans la direction de l’excitation.

Les conductivités thermiques dans le plan transversal et dans le plan interne peuvent être très différentes l’une de l’autre et peuvent facilement dépasser plusieurs ordres de grandeur.

Les cas d’utilisation sont variés et leur connaissance peut être cruciale dans diverses applications telles que les appareils électroniques, où la gestion thermique est un défi omniprésent.

En fonction de l’échantillon, la composition peut varier légèrement d’un bout à l’autre de l’échantillon.

C’est normalement le cas pour les gels, les pâtes et les polymères, et ce changement sera également visible dans la conductivité thermique.

En règle générale, les instruments LFA standard ignorent ce fait et considèrent l’ensemble de l’échantillon en même temps qu’il est chauffé par l’impulsion lumineuse. Lorsque l’on s’intéresse à ces différences, nos techniques PLH s’avèrent utiles.

Contrairement à la technique du flash laser, l’échantillon est chauffé localement et vous pouvez vérifier les inhomogénéités de l’échantillon.

Les fluctuations de la conductivité thermique peuvent provoquer des points chauds qui affectent les performances et la durée de vie des appareils électroniques.

Garantir une distribution homogène de la conductivité thermique est essentiel pour une gestion thermique efficace et pour éviter les surchauffes.

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Spécifications

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Modèle PLH
Plage de température : RT jusqu’à 300°C
Vitesse de chauffe : 0,01 à 20 °C/min
Dimensions des échantillons : Ø 3, 6, 10, 12,7 ou 25,4 mm
carrés 5×5, 10×10 ou 20×20 mm
Épaisseur de l’échantillon : 10 – 500 μm
Echantillon de robot : robot avec 3 ou 6 échantillons
Source laser : Laser à diode CW jusqu’à 5 W
longueur d’onde : 450 nm
Diffusivité thermique : 0,01 à 2000 mm²/s (en fonction de l’épaisseur)
Précision : ±5%
Répétabilité : ±5%
Encombrement : 550 x 600 x 680 mm
21,6 X 23,6 X 26,7 pouces

Norme ASTM LFA : ASTM E-1461, DIN 30905 et DIN EN 821
Norme ASTM PLH : JIS R 7240:2018 &amp ; ISO : 20007:2017

Solution combinée ACL + PLH

[Précision :[/tcol]
Plage de température : RT jusqu’à 300 °C, 500 °C, 1000 °C, 1250 °C, 1600 °C
Dimensions de l’échantillon : Ø 3, 6, 10, 12,7 ou 25,4 mm
carré 5×5, 10×10 ou 20×20 mm
Exemple de robot : carrousel de 3 ou 6 échantillons
Epaisseur de l’échantillon : 10 à 6000 μm
Diffusion thermique : de 0,01 à 2000 mm2/s (en fonction de l’épaisseur)
±5%
Répétabilité : ±5%

Porte-échantillon et support

Échantillon inégalé dans l’ensemble

Le débit le plus élevé du marché. La combinaison du robot d’échantillonnage et du four intégré permet des temps d’exécution imbattables et des mesures entièrement automatisées pour un maximum de 3 ou 6 échantillons. En fonction des exigences de l’échantillon, différentes géométries de porte-échantillons et différents matériaux sont disponibles.

Exemples de supports

6 échantillons ronds ou carrés
3mm, 6mm, 10mm ou 12.7mm

3 échantillons rond
25,4 mm ou carré 20 mm

Porte-échantillon

Porte-échantillon carré
échantillons 3x3mm / 10x10mm / 20x20mm

Porte-échantillon rond
échantillons 3mm / 10mm / 12.7mm / 25.4mm

Logiciels

Général

        • Nouveau design incluant une expérience utilisateur améliorée
        • Les logiciels réactifs et personnalisables
        • Lien direct à l’assistance en ligne
        • Mises à jour périodiques du logiciel en ligne
        • Evaluation en direct ainsi que post-traitement / évaluation
        • Concepts de stockage avancés
        • Exportation et importation de données en ASCII
        • Mesures multi-méthodes (LFA, PLH)
        • Exportation et importation de données en ASCII
        • Génération de rapports personnalisés
        • Appareil Plug &amp ; Play
        • Mise à jour facile du micrologiciel
        • Gestion intelligente des erreurs
        • Connexion de l’appareil via USB ou LAN
        • Vérification de la plausibilité avant la mesure

Logiciel d’évaluation

  • Mise à jour du design
  • Amélioration de l’expérience utilisateur et de la flexibilité
  • Interface Python pour les plugins personnalisés
  • Combinaison de courbes provenant de différentes sources / appareils de mesure

Logiciel de mesure

  • Saisie simple et conviviale des données de température
  • Procédure de mesure entièrement automatisée pour les mesures de plusieurs échantillons
  • Routine de mesure spécifique de la chaleur et de la conductivité thermique (nécessite une référence)

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Applications

Application : Polytétrafluoroéthylène (PTFE) 100 μm
Application : Saphir 500 μm

Pour le polytétrafluoroéthylène (PTFE) – un film polymère fin – mieux 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 ne collent pas à la poêle et qu’elle puisse être facilement nettoyée. L’épaisseur de ces revêtements varie de 30 μm à 150 μm.

Measurement Polytetrafluoroethylene

Le saphir appartient à la catégorie des matériaux céramiques et a une valeur de diffusion thermique de référence de 13,3 mm²/s. Nos mesures confirment cette valeur de diffusivité thermique avec une grande précision. Comme il possède d’excellentes propriétés thermiques et optiques, il est souvent utilisé en microélectronique pour les technologies laser et les diodes électroluminescentes.

Measurement Sapphire

Application : Cuivre 500 μm
Application : Répétabilité du PTFE 100 μm

Les feuilles de cuivre, notamment celles dont la finesse atteint 560 μm, sont largement utilisées comme répartiteurs de chaleur dans l’industrie électronique. 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 applications vont des appareils de tous les jours, tels que les smartphones et les ordinateurs portables, aux systèmes aérospatiaux sophistiqués. La valeur de référence pour cet échantillon est de 117 mm²/s.

Measurement Copper

La répétabilité d’une mesure de polytétrafluoroéthylène d’une épaisseur de 105,6 μm est excellente, à peine supérieure à 1 %. Cela confirme la méthode de mesure et ses hautes performances.

Repeatability PTFE

Téléchargements

Aperçu

Periodic Laser Heating Produit
B
rochure (PDF)

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Linseis Produktbroschüre Thermal Conductivity

LFA, TF-LFA, TFA, THB, PLH, HFM, TIM-Tester
Brochure produit (PDF)

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