Caractérisation des Transports thermique dans des matériaux solides unidimensionnels

L’objectif général de la vidéo suivante est de présenter la technique électrothermique transitoire. Cette technique est un moyen efficace de mesurer avec précision la diffusivité thermique des matériaux solides. Pour commencer la mesure, l’échantillon est suspendu entre deux électrodes en cuivre.

De la pâte d’argent est appliquée sur la zone de contact de l’électrode de l’échantillon pour réduire les résistances de contact thermiques et électriques à un niveau négligeable. L’ensemble de l’échantillon est ensuite logé dans une chambre à vide pour réduire le transfert de chaleur dans l’air. Pendant la mesure, un courant de pas est introduit à travers l’échantillon pour induire le chauffage de JUUL.

Le profil temps-tension induit sera enregistré par l’oscilloscope. Une diffusivité thermique plus élevée de l’échantillon entraînera une évolution plus rapide de la température, ce qui signifie un temps plus court pour atteindre l’état stable. Par conséquent, ce changement de température de tension transitoire peut être utilisé pour déterminer la diffusivité thermique.

L’ajustement théorique de l’élévation de température expérimentale normalisée est effectué en utilisant différentes valeurs d’essai de la thermodiffusivité de l’échantillon. La valeur donnée, le meilleur ajustement des données expérimentales est pris comme propriété thermique des échantillons. Veuillez consulter le manuscrit pour le contexte théorique détaillé.

Les techniques TD présentent plusieurs avantages par rapport à ce que les gens ont utilisé dans le passé. Tout d’abord, cela élargit la portée matérielle que nous pouvons mesurer. Aujourd’hui, nous pouvons mesurer à la fois les matériaux conducteurs et non conducteurs.

Deuxièmement, il améliore considérablement la précision environnementale et la stabilité. Notre étudiant diplômé, Juan Lin, montrera la procédure dans ce travail. Des échantillons de cheveux humains prélevés sur une femme en bonne santé de 30 ans sont utilisés pour montrer comment mettre en place l’expérience et traiter les données expérimentales.

Tout d’abord, suspendez l’échantillon entre deux électrodes de cuivre. La pâte d’argent est ensuite appliquée sur la zone de contact de l’électrode de l’échantillon pour réduire les résistances de contact thermiques et électriques à un niveau négligeable. Ensuite, le microscope est utilisé pour effectuer la vérification préliminaire de l’échantillon.

Nous devons nous assurer que la pâte d’argent n’a pas contaminé l’échantillon en suspension en s’infiltrant plus bas sur la longueur des cheveux. Une fois que les cheveux sont contaminés par de la pâte d’argent, les propriétés thermiques seront radicalement modifiées. Si des contaminations sont remarquées, un nouvel échantillon doit être préparé pour l’expérience.

Étant donné que les échantillons de cheveux humains ne sont pas conducteurs d’électricité, une très fine couche de film d’or d’environ 40 nanomètres est recouverte à l’extérieur de l’échantillon pour le rendre électriquement conducteur. Cet effet doré sur la diffusivité thermique sera soustrait du résultat final. Lors du traitement des données expérimentales, placez maintenant l’échantillon dans la chambre à vide et pompez-le à un à trois milles, ce qui entraîne des effets de conduction de gaz négligeables.

Un courant continu pas à pas est ensuite introduit à travers l’échantillon pour introduire un chauffage électrique. Le profil temps-tension induit sera enregistré par l’oscilloscope. Enfin.

Un microscope électronique à balayage sera utilisé pour caractériser la longueur et le diamètre des échantillons. L’ajustement théorique de l’élévation de température expérimentale normalisée est effectué en utilisant différentes valeurs d’essai de la diffusivité thermique de l’échantillon. La valeur qui donne, le meilleur ajustement des données expérimentales est considéré comme la propriété thermique des échantillons pour les cheveux humains.

Deux échantillons sont recouverts d’un film d’or deux fois et testés deux fois respectivement. Nous avons quatre thermo-diffusivités effectives et de l’équation 12 dans le manuscrit. Nous savons que le codage de l’échantillon avec un film d’or ne changera que la résistance.

Le point où la courbe d’ajustement croise un accès à la thermo-diffusivité est la valeur de la thermo-diffusivité effective lorsque la résistance est infinie, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’effet or. En combinant ces deux points, la relation entre la diffusivité thermique réelle, y compris l’effet de rayonnement et L au carré sur D peut être révélée. Nous faisons une extrapolation linéaire au point où L est égal à zéro, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’effet de rayonnement, et la diffusivité thermique en ce point est de 1,42 fois 10 puissance moins sept mètres carrés par seconde.

Cette valeur reflète la thermo-diffusivité de l’échantillon sans l’effet du rayonnement sous l’influence du revêtement d’or. Pour une conductivité thermique réelle, elle peut être facilement évaluée par cette équation si la densité en chaleur spécifique est donnée. La technique TD est une approche très efficace et robuste pour mesurer la somme des propriétés physiques ou des matériaux pour le même matériau en utilisant deux longueurs différentes.

Enfin, nous pouvons mesurer la somme de la connectivité, une certaine diffusivité. Également l’efficacité de surface si la densité et la chaleur spécifique du matériau sont données.