Ricerca di base
Caratterizzazione precisa dei nuovi materiali, proprietà fondamentali dei materiali e questioni scientifiche
La ricerca di base getta le basi su cui si sviluppano nuovi materiali, tecnologie e applicazioni industriali. Che si tratti di nuove ceramiche, leghe, polimeri, semiconduttori, materiali compositi o materiali funzionali: per poterli sviluppare in modo mirato, è fondamentale conoscere con precisione le loro proprietà fisiche e termiche fondamentali.
I metodi di analisi termica e termofisica permettono di studiare le transizioni di fase, i meccanismi di reazione, la dilatazione termica, capacità termica, conducibilità termica e stabilità termica. È possibile caratterizzare le variazioni dipendenti dalla temperatura in atmosfere definite e su ampi intervalli di temperatura.
Con gli strumenti di analisi flessibili di LINSEIS è possibile affrontare le questioni scientifiche più disparate: dalla prima caratterizzazione di un nuovo materiale alla validazione sperimentale di modelli e concetti teorici sui materiali.
Questioni rilevanti
- Quali sono le proprietà termiche di un nuovo tipo di materiale?
- A quali temperature si verificano i cambiamenti di fase?
- Quali meccanismi di reazione avvengono durante il riscaldamento o il raffreddamento?
- Come cambia la conducibilità termica al variare della temperatura?
- Quale dilatazione termica presenta il materiale?
- Quanto è stabile un materiale alle alte o alle basse temperature?
- In che modo l’atmosfera e la temperatura influenzano il comportamento dei materiali?
- Quali sono le relazioni tra composizione, struttura e proprietà dei materiali?
Parametri rilevanti relativi ai materiali e ai processi
| Parametri | Significato |
|---|---|
| Transizioni di fase | Identificazione dei cambiamenti strutturali e di stato dipendenti dalla temperatura |
| Capacità termica (Cp) | Comportamento termodinamico di base dei materiali |
| Conduttività termica | Caratterizzazione del trasporto di calore nel materiale |
| Conduttività termica | Velocità di propagazione del calore nel materiale |
| Coefficiente di dilatazione termica (CTE) | Variazione dimensionale del materiale in funzione della temperatura |
| Stabilità termica | Resistenza alle sollecitazioni termiche |
| Variazione di massa | Analisi dei processi di decomposizione, ossidazione e reazione |
| Entalpia di reazione | Valutazione energetica dei processi termici e chimici |
Metodi di misurazione per la ricerca di base
Analisi termica simultanea (STA)
Analisi simultanea delle variazioni di massa e degli effetti termici per chiarire i complessi meccanismi dei materiali e delle reazioni.
Analisi di
- Trasformazioni di fase
- Entalpie di reazione
- Cambiamenti di massa
- Processi di decomposizione
- Reazioni di ossidazione e riduzione
Applicazioni tipiche
- Materiali innovativi
- Ceramica
- Metalli e leghe
- Materiali energetici
- Ricerca di base
Calorimetria a differenza dinamica (DSC)
Caratterizzazione precisa dei trasferimenti termici e delle proprietà termodinamiche dei materiali.
Analisi di
- Processi di fusione
- Cristallizzazione
- Transizioni vetrosi
- Trasformazioni di fase
- Capacità termica
Applicazioni tipiche
- Polimeri
- Materiali farmaceutici
- Metalli e leghe
- Materiali funzionali
- Scienza dei materiali
Strumenti di misura consigliati per la ricerca di base
DSC L63
LFA L52
STA L81
Esempio pratico: analisi delle proprietà termofisiche fondamentali dei materiali
Conducibilità termica dei materiali di partenza in SiC
Misurazioni laser a flash con il LINSEIS LFA L52 mostrano l’influenza della ricristallizzazione, della compattazione e dell’orientamento del materiale sulla conducibilità termica dei materiali di partenza in SiC. I risultati evidenziano un comportamento di trasporto termico fortemente anisotropo e forniscono dati importanti sui materiali per la modellizzazione e l’ottimizzazione della crescita cristallina PVT del SiC. Scarica il white paper e scopri di più sulla configurazione di misura, sulla conducibilità termica in funzione della temperatura e sull’interpretazione dei risultati di misura.
Perché la caratterizzazione dei materiali è fondamentale nella ricerca di base
Prima di poter ottimizzare in modo mirato un nuovo materiale o renderlo idoneo a un’applicazione specifica, è necessario comprenderne le proprietà fondamentali e i meccanismi alla base. La caratterizzazione sperimentale dei materiali fornisce la base di dati necessaria a tal fine.
La combinazione di moderne tecniche di analisi permette di:
- Determinazione delle proprietà termiche e termofisiche fondamentali
- Identificazione delle transizioni di fase
- Analisi dei meccanismi di reazione e di decomposizione
- Studio delle variazioni dei materiali in funzione della temperatura
- Caratterizzazione del trasferimento di calore
- Analisi delle relazioni struttura-proprietà
- Confronto tra diverse composizioni dei materiali
- Convalida di modelli teorici e simulazioni
Applicazioni – Ricerca e università
FAQ – Ricerca di base
Quali proprietà dei materiali si possono studiare nella ricerca di base?
Con i metodi di analisi termica e termofisica si possono determinare, tra le altre cose, la capacità termica, la conducibilità termica, la conducibilità termica, la dilatazione termica, le transizioni di fase e la stabilità termica. In questo modo è possibile caratterizzare in modo completo i materiali e studiare le relazioni fondamentali tra struttura e proprietà.
Quali materiali si possono analizzare con i sistemi LINSEIS?
La gamma di prodotti è adatta a una vasta gamma di materiali, tra cui metalli e leghe, ceramiche, polimeri, vetri, semiconduttori, compositi, polveri, materiali porosi e materiali funzionali. Questo permette di studiare anche materiali innovativi per i quali non esistono ancora metodi di caratterizzazione consolidati.
Quali metodi di misurazione sono particolarmente adatti alla ricerca di base?
STA, DSC, TGA, DIL e LFA sono tra i metodi principali per la caratterizzazione termica dei materiali. A seconda della questione scientifica da affrontare, possono essere integrati da tecniche come GSA, TMA e metodi di misurazione elettrici e termoelettrici.
Perché è utile combinare diversi metodi di misurazione?
Una singola tecnica di misurazione di solito riflette solo una parte del comportamento del materiale. Combinando, ad esempio, STA, LFA e DIL, è possibile mettere in relazione tra loro le reazioni termiche, il trasporto di calore e le variazioni dimensionali, e comprendere così in modo più completo i meccanismi dei materiali.
È possibile effettuare misurazioni in atmosfere diverse?
A seconda del sistema di misurazione, gli esperimenti possono essere condotti in atmosfere gassose inerti, ossidanti, riducenti o altre atmosfere definite. Questo permette di studiare come le condizioni ambientali influenzano le reazioni, la stabilità e le proprietà dei materiali.
Perché i dati sui materiali che dipendono dalla temperatura sono importanti per i modelli scientifici?
Molti parametri dei materiali non sono costanti, ma variano, a volte in modo significativo, al variare della temperatura. I dati relativi alla dipendenza dalla temperatura, determinati sperimentalmente, migliorano quindi l’affidabilità delle simulazioni e consentono una descrizione più realistica del comportamento dei materiali.
In che modo l'analisi termica aiuta a sviluppare materiali completamente nuovi?
Già nelle prime fasi della ricerca fornisce informazioni quantitative sulla stabilità di fase, il comportamento reattivo, il trasferimento di calore e le variazioni dimensionali. In questo modo è possibile individuare idee promettenti sui materiali e svilupparle poi in modo mirato verso un’applicazione concreta.
