Badania podstawowe
Precyzyjna charakterystyka nowych materiałów, podstawowe właściwości materiałów oraz zagadnienia naukowe
Badania podstawowe zapewniają wiedzę, na której opierają się nowe materiały, technologie i zastosowania przemysłowe. Niezależnie od tego, czy chodzi o nowatorskie ceramiki, stopów, polimery, półprzewodniki, materiały kompozytowe lub materiały funkcjonalne – ich ukierunkowany rozwój wymaga dokładnej znajomości podstawowych właściwości fizycznych i termicznych.
Metody analizy termicznej i termofizycznej umożliwiają badanie przemian fazowych, mechanizmów reakcji, rozszerzalności cieplnej, pojemności cieplnej, przewodności cieplnej oraz stabilności termicznej. Zmiany zależne od temperatury można scharakteryzować w określonych warunkach atmosferycznych i w szerokim zakresie temperatur.
Elastyczne urządzenia analityczne firmy LINSEIS umożliwiają badanie najróżniejszych zagadnień naukowych – od wstępnej charakterystyki nowego materiału po eksperymentalną weryfikację modeli i teoretycznych koncepcji materiałowych.
Istotne zagadnienia
- Jakie właściwości termiczne posiada ten nowatorski materiał?
- W jakich temperaturach zachodzą przemiany fazowe?
- Jakie mechanizmy reakcji zachodzą podczas ogrzewania lub schładzania?
- Jak zmienia się przewodność cieplna w zależności od temperatury?
- Jakie jest rozszerzalność cieplna tego materiału?
- Jak stabilny jest dany materiał w wysokich lub niskich temperaturach?
- W jaki sposób atmosfera i temperatura wpływają na właściwości materiału?
- Jakie zależności istnieją między składem, strukturą a właściwościami materiału?
Istotne parametry materiałowe i procesowe
| Parametry | Znaczenie |
|---|---|
| Przejścia fazowe | Identyfikacja zmian struktury i stanu zależnych od temperatury |
| Pojemność cieplna (Cp) | Podstawowe właściwości termodynamiczne materiałów |
| Przewodność cieplna | Charakterystyka przenoszenia ciepła w materiale |
| Przewodność cieplna | Szybkość rozprzestrzeniania się ciepła w materiale |
| Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) | Zmiana wymiarów materiału w zależności od temperatury |
| Stabilność termiczna | Odporność na obciążenia termiczne |
| Zmiana masy | Analiza procesów rozkładu, utleniania i reakcji chemicznych |
| Entalpia reakcji | Ocena energetyczna procesów termicznych i chemicznych |
Metody pomiarowe w badaniach podstawowych
Jednoczesna analiza termiczna (STA)
Jednoczesne badanie zmian masy i efektów termicznych w celu wyjaśnienia złożonych mechanizmów zachowania materiałów i przebiegu reakcji.
Analiza
- Przemiany fazowe
- Entalpie reakcji
- Zmiany masy
- Procesy rozkładu
- Reakcje utleniania i redukcji
Typowe zastosowania
- Nowatorskie materiały
- Ceramika
- Metale i stopy
- Materiały energetyczne
- Badania podstawowe
Kalorymetria różnicowa dynamiczna (DSC)
Precyzyjna charakterystyka przepływów ciepła oraz termodynamicznych właściwości materiałów.
Analiza
- Procesy topienia
- Krystalizacja
- Przejścia szkliste
- Przemiany fazowe
- Pojemność cieplna
Typowe zastosowania
- Polimery
- Materiały farmaceutyczne
- Metale i stopy
- Materiały funkcjonalne
- Materiałoznawstwo
Zalecane przyrządy pomiarowe do badań podstawowych
DSC L63
Przykład praktyczny: badanie podstawowych właściwości termofizycznych materiałów
Przewodność cieplna surowców SiC
Pomiary metodą Laser Flash przy użyciu LINSEIS LFA L52 wskazują na wpływ rekrystalizacji, zagęszczenia i orientacji materiału na przewodność cieplną surowców SiC. Wyniki wskazują na silnie anizotropiczne zachowanie transportu ciepła i dostarczają ważnych danych materiałowych do modelowania i optymalizacji wzrostu kryształów SiC metodą PVT. Pobierz dokument i dowiedz się więcej o konfiguracji pomiarowej, przewodności cieplnej w funkcji temperatury oraz interpretacji wyników pomiarów.
Dlaczego charakterystyka materiałów ma kluczowe znaczenie w badaniach podstawowych
Zanim nowy materiał będzie można celowo zoptymalizować lub zakwalifikować do konkretnego zastosowania, należy zrozumieć jego podstawowe właściwości i leżące u ich podstaw mechanizmy. Eksperymentalna charakterystyka materiałowa zapewnia w tym celu niezbędną bazę danych.
Połączenie nowoczesnych metod analitycznych pozwala na:
- Określenie podstawowych właściwości termicznych i termofizycznych
- Identyfikacja przemian fazowych
- Badanie mechanizmów reakcji i rozkładu
- Badanie zmian właściwości materiałów w zależności od temperatury
- Charakterystyka przenoszenia ciepła
- Analiza zależności między strukturą a właściwościami
- Porównanie różnych składów materiałów
- Walidacja modeli teoretycznych i symulacji
Zastosowania – badania naukowe i uczelnie wyższe
LFA L52 - Miedź - W płaszczyźnie wewnętrznej/poprzecznej - Dyfuzyjność cieplna - Przewodność cieplna
FAQ – Badania podstawowe
Jakie właściwości materiałów można badać w ramach badań podstawowych?
Za pomocą termicznych i termofizycznych metod analitycznych można określić między innymi pojemność cieplną, przewodność cieplną, przewodność temperaturową, rozszerzalność cieplną, przemiany fazowe oraz stabilność termiczną. Dzięki temu możliwe jest kompleksowe scharakteryzowanie materiałów oraz zbadanie podstawowych zależności między strukturą a właściwościami.
Jakie materiały można badać za pomocą systemów LINSEIS?
Oferta ta nadaje się do bardzo szerokiego spektrum materiałów – w tym metali i stopów, ceramiki, polimerów, szkła, półprzewodników, kompozytów, proszków, materiałów porowatych oraz materiałów funkcjonalnych. Dzięki temu możliwe jest badanie również nowatorskich materiałów, dla których nie istnieją jeszcze ugruntowane metody charakteryzacji.
Jakie metody pomiarowe nadają się szczególnie do badań podstawowych?
STA, DSC, TGA, DIL i LFA należą do podstawowych metod termicznej charakterystyki materiałów. W zależności od postawionego zagadnienia naukowego można je uzupełnić o takie metody jak GSA, TMA oraz pomiary elektryczne i termoelektryczne.
Dlaczego połączenie różnych metod pomiarowych jest celowe?
Pojedyncza metoda pomiarowa zazwyczaj odzwierciedla jedynie część zachowania materiału. Dzięki połączeniu, na przykład, metod STA, LFA i DIL można skorelować reakcje termiczne, przenoszenie ciepła i zmiany wymiarów, co pozwala na pełniejsze zrozumienie mechanizmów zachowania materiału.
Czy pomiary można przeprowadzać w różnych warunkach atmosferycznych?
W zależności od systemu pomiarowego eksperymenty można przeprowadzać w atmosferach gazowych obojętnych, utleniających, redukujących lub innych określonych. Pozwala to zbadać, w jaki sposób warunki otoczenia wpływają na reakcje, stabilność i właściwości materiałów.
Dlaczego dane dotyczące materiałów zależne od temperatury są ważne dla modeli naukowych?
Wiele parametrów materiałowych nie jest stałych, lecz zmienia się – niekiedy nawet znacznie – w zależności od temperatury. Dane dotyczące zależności od temperatury, uzyskane w drodze eksperymentów, zwiększają zatem wiarygodność symulacji i umożliwiają bardziej realistyczny opis zachowania materiału.
W jaki sposób analiza termiczna wspiera opracowywanie zupełnie nowych materiałów?
Już na wczesnych etapach badań dostarcza ona danych ilościowych dotyczących stabilności fazowej, zachowania reakcyjnego, przenoszenia ciepła oraz zmian wymiarów. Dzięki temu można zidentyfikować obiecujące koncepcje materiałowe, a następnie ukierunkować ich dalszy rozwój pod kątem konkretnego zastosowania.
