{"id":104173,"date":"2024-11-11T07:48:12","date_gmt":"2024-11-11T06:48:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.linseis.com\/applikationen\/quimica\/tf-lfa-l54-diamante-cvd-condutividade-termica\/"},"modified":"2026-01-12T11:12:54","modified_gmt":"2026-01-12T10:12:54","slug":"tf-lfa-l54-diamante-cvd-condutividade-termica","status":"publish","type":"applikationen","link":"https:\/\/www.linseis.com\/pt-pt\/applikationen\/quimica\/tf-lfa-l54-diamante-cvd-condutividade-termica\/","title":{"rendered":"TF-LFA L54 – Diamante CVD – Condutividade t\u00e9rmica"},"content":{"rendered":"\t\t
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Os diamantes s\u00e3o conhecidos pela sua excecional \n condutividade t\u00e9rmica<\/strong>\n<\/a> conhecida. As amostras de diamante CVD (Chemical Vapour Deposition) atingem normalmente valores entre 1000 e 2200 W\/mK [1,2]<\/sup>, sendo que amostras raras e de elevada pureza chegam mesmo a atingir 3320 W\/mK. [ 2,3]<\/sup> Esta propriedade torna o diamante um candidato ideal para a dissipa\u00e7\u00e3o de calor em eletr\u00f3nica de alto desempenho, sistemas laser e outras aplica\u00e7\u00f5es que requerem uma gest\u00e3o t\u00e9rmica eficiente. [ 4] <\/sup>A medi\u00e7\u00e3o exacta da condutividade t\u00e9rmica das amostras de diamante \u00e9 fundamental para otimizar a qualidade do material e compreender o seu desempenho em ambientes t\u00e9rmicos exigentes. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Figura 1: Mostra a estrutura da rede do diamante. As linhas vermelha, azul e vermelha escura t\u00eam o mesmo comprimento, com a constante de rede aDiamond = 357 pm. Isto representa uma \u00fanica c\u00e9lula unit\u00e1ria convencional. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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Porque \u00e9 que os diamantes t\u00eam uma condutividade t\u00e9rmica e uma difusividade t\u00e9rmica t\u00e3o elevadas?<\/b><\/p>

A condutividade t\u00e9rmica dos diamantes resulta da sua estrutura at\u00f3mica e propriedades \u00fanicas [2,3]:<\/sup><\/p>

1. liga\u00e7\u00f5es covalentes fortes:<\/b> A estrutura tetra\u00e9drica tridimensional, na qual cada \u00e1tomo de carbono est\u00e1 ligado covalentemente a quatro outros, cria uma estrutura r\u00edgida que transfere calor de forma eficiente.<\/p>

2. Baixa massa at\u00f3mica:<\/b> Os \u00e1tomos de carbono s\u00e3o relativamente leves, pelo que podem vibrar rapidamente, o que facilita a r\u00e1pida transfer\u00eancia de calor atrav\u00e9s das vibra\u00e7\u00f5es da rede, tamb\u00e9m conhecidas como f\u00f3nons, que transportam o calor rapidamente.<\/p>

3.<\/b> Alta velocidade dos f\u00f3nons :<\/b> Alta velocidade dos f\u00f3nons devido \u00e0 sua rigidez e \u00e0s fortes for\u00e7as interat\u00f3micas. Isto permite que a energia t\u00e9rmica viaje mais rapidamente atrav\u00e9s da rede. <\/p>

4.<\/b> Alta temperatura de Debye:<\/b> A estrutura do diamante suporta vibra\u00e7\u00f5es de alta frequ\u00eancia, mesmo a altas temperaturas, e assim mant\u00e9m a condutividade t\u00e9rmica. [4]<\/sup><\/p>

5. Baixa dispers\u00e3o de fon\u00f5es:<\/b> A estrutura cristalina sim\u00e9trica minimiza a dispers\u00e3o, de modo que os fon\u00f5es podem viajar longas dist\u00e2ncias sem perder energia. [4]<\/sup><\/p>

6 Pureza isot\u00f3pica:<\/b> A massa at\u00f3mica uniforme de um diamante reduz ainda mais a dispers\u00e3o e melhora a propaga\u00e7\u00e3o dos f\u00f5es. [6]<\/sup><\/p>

Estes factores tornam os diamantes ideais para aplica\u00e7\u00f5es que requerem uma elevada condutividade t\u00e9rmica, como o arrefecimento de componentes electr\u00f3nicos e sistemas laser de alta pot\u00eancia.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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As amostras de diamante com elevada condutividade podem ser analisadas com o Analisador de Frequ\u00eancia Laser Linseis (TF-LFA)<\/strong> <\/a>que utiliza a t\u00e9cnica de Termorreflect\u00e2ncia no Dom\u00ednio da Frequ\u00eancia para caraterizar o comportamento t\u00e9rmico e assegurar o controlo de qualidade em aplica\u00e7\u00f5es onde a dissipa\u00e7\u00e3o eficiente do calor \u00e9 cr\u00edtica. As medi\u00e7\u00f5es precisas da condutividade t\u00e9rmica s\u00e3o essenciais para verificar a qualidade e o desempenho das amostras de diamante, uma vez que factores como a dimens\u00e3o do gr\u00e3o, a pureza e a espessura podem afetar as propriedades de transporte. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Figura 2: Medi\u00e7\u00e3o das propriedades t\u00e9rmicas do diamante CVD. O eixo x mostra a frequ\u00eancia em escala logar\u00edtmica em Hertz, enquanto o eixo y mostra a mudan\u00e7a de fase entre a excita\u00e7\u00e3o pelo laser de bomba e o laser de amostra. Onde \ud835\udf40 \u00e9 a condutividade t\u00e9rmica, \ud835\udf36 a difusividade t\u00e9rmica, e a efici\u00eancia t\u00e9rmica e TBC a condutividade do limite t\u00e9rmico entre a camada transdutora (ouro) e a amostra (diamante). Determina a capacidade de uma combina\u00e7\u00e3o de materiais trocar calor entre si. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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A termorreflect\u00e2ncia no dom\u00ednio da frequ\u00eancia (FDTR) \u00e9 um m\u00e9todo preferido para medir a condutividade t\u00e9rmica em materiais como o diamante CVD, especialmente em pel\u00edculas finas e amostras de microescala em que \u00e9 essencial uma elevada resolu\u00e7\u00e3o espacial. O Analisador de Frequ\u00eancia Laser Linseis (TF-LFA) \u00e9 uma ferramenta ideal para este fim. O TF-LFA utiliza um laser modulado para induzir um aquecimento localizado na amostra e mede a resposta de termorreflect\u00e2ncia do material a diferentes frequ\u00eancias de modula\u00e7\u00e3o. Esta t\u00e9cnica permite aos investigadores determinar a condutividade t\u00e9rmica atrav\u00e9s da modela\u00e7\u00e3o do fluxo de calor atrav\u00e9s do diamante e das suas interfaces. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Fontes:
<\/strong>[1] M. Shamsa, S. Ghosh, I. Calizo, V. Ralchenko, A. Popovich, A. A. Balandin; Thermal conductivity of nitrogenated ultrananocrystalline diamond films on silicon. J. Appl. Phys. 15 de abril de 2008; 103 (8): 083538. https:\/\/doi.org\/10.1063\/1.2907865<\/a><\/em>
[2] Zhang, Chunyan & Vispute, Ratnakar & Fu, Kelvin & Ni, Chaoying. (2023). Uma revis\u00e3o das propriedades t\u00e9rmicas dos filmes de diamante CVD. Revista de Ci\u00eancia dos Materiais. 58. 1-23 .<\/a> https:\/\/doi.org\/10.1007\/s10853-023-08232-w. <\/em>
[3] Wei L, Kuo PK, Thomas RL, Anthony TR, Banholzer WF (1993) Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond. Phys Rev Lett 70(24):3764-3767. https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.70.3764<\/a><\/em>
[4] Pop E, Varshney V, Roy AK (2012) Propriedades t\u00e9rmicas do grafeno: fundamentos e aplica\u00e7\u00f5es. MRS Bull 37(12):1273-1281. https:\/\/doi.org\/10.1557\/mrs.2012.203<\/a><\/em>
[5] Mashali F, Languri E, Mirshekari G, Davidson J, Kerns D (2019) Caracteriza\u00e7\u00e3o microestrutural e termoel\u00e9ctrica de nanofluidos de nanodiamante. Int Commun Heat Mass Transfer 101:82-88. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.icheatmasstransfer.2019.01.007<\/a><\/em>
[6] Angadi MA, Watanabe T, Bodapati A, Xiao X, Auciello O, Carlisle JA, Eastman JA, Keblinski P, Schelling PK, Phillpot SR (2006) Thermal transport and grain boundary conductance in ultrananocrystalline diamond thin films. J Appl Phys. https:\/\/doi.org\/10.1063\/1.2199974.<\/a> <\/em><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Dispositivo de medi\u00e7\u00e3o adequado<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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