시간 도메인 열반사율(TDTR)
시간 도메인 열반사율(TDTR)
지난 10년 동안 시간 영역 열반사율 는 재료의 열전달 특성을 측정하는 강력한 범용 도구로 부상했습니다. TDTR은 다양한 특성과 샘플 형상을 가진 재료에 적용할 수 있습니다. 레이저 스폿을 집중시키고 높은 신호 대 잡음비를 통해 위치에 따른 열 전도도를 높은 처리량으로 매핑할 수 있습니다.
열전도도 매핑의 응용 분야에는 야금 상 다이어그램 분석, 핵연료의 열 장벽 및 코팅 특성 분석 등이 있습니다.
펌프 및 프로브 레이저 소스를 포함한 TDTR 열 확산도 측정을 위한 실험 설정
TDTR은 광학 비접촉 방식이므로 광학 냉동고 또는 고온 현미경 단계의 시료와 다이아몬드 앤빌 셀의 고압 환경과 같은 기타 극한 조건에 노출된 시료에 직접 적용할 수 있습니다.
이 접근 방식은 관심 샘플에 금속 필름 트랜스듀서를 증착하고 펌프 광학 펄스에 의해 트랜스듀서를 가열한 후 온도 측정을 위해 트랜스듀서의 반사율 변화를 측정해야 합니다.
데이터 분석은 원통형 좌표에서 확산 방정식의 분석 솔루션을 사용하여 수행됩니다. TDTR에 의한 열 전달 특성의 결정은 일반적으로 시료의 예측된 열 반응과 측정된 열 반응 사이에 가장 잘 맞는 값을 얻기 위해 열 모델에서 자유 파라미터를 조정하여 수행됩니다.
자유 파라미터는 예를 들어 박막의 열전도율과 같은 알려지지 않은 열전달 특성입니다. 단일 대물 렌즈를 사용하고 펌프와 프로브 빔을 광학 이미징 시스템에 통합함으로써 펌프와 프로브 빔의 정렬 및 초점 조정이 빠르고 편리해졌습니다.
일상에서 TDTR을 사용하려면 금속 필름 트랜스듀서의 열반사율에 의해 생성되는 원하는 신호에 원치 않는 확산 산란 변조가 크게 기여하지 않도록 시료 표면이 충분히 매끄러워야 합니다.
TDTR은 대부분 두께 관통 방향의 열전도도, 즉 표면 법선과 평행하지 않은 방향으로의 열전달에 민감하게 반응합니다. 초격자, 질감이 있는 다결정 필름, 이방성 결정과 같은 열적 이방성 물질의 경우 평면 내 열전도도에 대한 지식도 필요하며, 다른 접근 방식(예: 매달린 핫와이어 접근 방식)을 사용하여 측정할 수 있습니다.
TDTR의 가장 일반적인 구현은 ND:YAG 또는 Ti:사파이어 레이저 발진기를 광원으로 사용합니다. 레이저 발진기는 광 펄스를 생성하여 투과 층과 그 밑에 있는 샘플 층을 국부적으로 가열합니다. 프로브 경로는 연속파(CW) 레이저를 사용하여 국부적인 온도 상승을 감지합니다. 투과 층의 사용 재료(예: Au, Al 또는 Pt)에 따라 프로브 레이저의 파장을 선택해야 합니다(~473nm ~ 532nm 또는 785nm ~ 808nm).
“열반사율”이라는 용어는 프로브가 금속 필름 트랜스듀서의 광학 반사율 R이 온도, T에 대한 의존성을 통해 시료의 온도 변화를 측정한다는 사실을 말하며, dR/dT는 열반사율 계수입니다.
Linseis TF-LFA로 측정한 다양한 두께를 가진 두 개의 SiO2 박막의 열 확산도 측정 원시 데이터
어떤 속성이 결정되나요?
TDTR은 주로 박막과 코팅과 같은 재료의 열전달 특성을 특성화하고 열 계면을 조사하는데 사용됩니다. 다이아몬드 및 고열 전도성 금속에서 풀러렌 유도체의 초저열 전도성에 이르기까지 열 전도성의 전체 범위에 걸쳐 적용되었습니다. 기본적으로 동일한 방법을 벌크 재료, 얇은 층 및 개별 인터페이스에 적용할 수 있습니다.
