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脉冲激光热反射法薄膜导热仪NanoTR / PicoTR

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参考报价: 面议 型号: 脉冲激光热反射法薄膜导热仪NanoTR / PicoTR
品牌: 耐驰 产地: 德国
关注度: 7 信息完整度:
样本: 暂无样本 典型用户: 暂无
产地属性欧洲

热反射(Thermo-Reflectance)方法基于超高速激光闪射系统,可测量基片上金属、陶瓷、聚合物薄膜的热物性参数,如:热扩 散系数、导热系数、吸热系数(Thermal Effusivity)和界面热阻。由于激光闪射时间仅为纳秒(ns)量级,甚至可达到皮秒(ps) 量级,此系统可测量厚度低至 10nm 的薄膜。同时,系统提供不同的测量模式,以适应不同的基片情况(透明 / 不透明)。
 

NETZSCH TR 特性:
• 该方法符合日本国家标准:
• JIS R 1689:通过脉冲激光热反射方法测量精细陶瓷薄膜的热扩散系数;
• JIS R 1690:陶瓷薄膜和金属薄膜界面热阻的测量方法 。

发展简史
1990 年,日本产业技术综合研究所/日本国家计量院(AIST/NMIJ)发明热反射法,测量薄膜导热性能。
2008 年,AIST 设立 PicoTherm 公司。
2010 年,PicoTherm 公司推出纳秒级热反射系统 NanoTR。
2012 年,PicoTherm 公司推出皮秒级热反射系统 PicoTR。
2014 年,PicoTherm 公司和 NETZSCH 公司建立战略合作。由 NETZSCH 负责 PicoTherm 产品在全球的销售和服务。



技术背景
激光闪射法 -
最主流的材料热扩散系数测试方法
在现代工业中,关于材料的热性能、特别是热物理性能的相关知识变得日益重要。在这里我们可以举出一些典型领域,例如应用于高性能缩微电子器件的散热材料,作为持续能源的热电材料,节能领域的绝热材料,涡轮叶片中所使用的热障涂层(TBC),以及核工厂的安全操作,等等。
在各种热物性参数之中,导热系数显得尤其重要。可以使用激光闪射法(LFA)对材料的热扩散系数/导热系数进行测定。这一方法经过许多年的发展已广为人知,可以提供可靠而精确的数据结果。样品的典型厚度在 50um 至 10mm 之间。
NETZSCH 是一家世界领先的仪器制造厂商,提供一系列的热物性测试仪器,特别是激光闪射法导热仪。这些 LFA 系统在陶瓷,金属,聚合物,核研究等领域得到了广泛应用。

热反射法 -
测试厚度为纳米级的薄膜材料的热扩散系数
随着电子设备设计的显著进步,以及随之而来的对有效的热管理的需求,在纳米级厚度范围内进行精确的热扩散系数/导热系数测量已经变得越来越重要。

日本国家先进工业科学与技术研究所(AIST),在上世纪 90 年代初即已响应工业需求,开始研发“脉冲光加热热反射法”。于 2008 年成立了 PicoTherm 公司,同时推出了纳秒级的热反射仪器“NanoTR”与皮秒级的热反射仪器“PicoTR”,这两款仪器可对薄膜的热扩散系数进行绝对法的测量,薄膜厚度从数十微米低至纳米级范围。
2014 年,NETZSCH 日本分公司成为了 PicoTherm 公司的独家代理。与我们现有的 LFA 仪器相结合,NETZSCH 现在可以提供从纳米级薄膜、到毫米级块体材料的全套的测试方案。

为什么需要测试薄膜?
薄膜的热性能与块体材料的热性能不同
纳米级薄膜的厚度通常小于同类块体材料典型的晶粒粒径。由此,其热物理性能与块体材料将有着显著的不同。



测量模式

超快速激光闪射法 -
RF 模式:后部(Rear)加热 / 前部(Front)探测
可测试热扩散系数与界面热阻
纳米级薄层与薄膜的热透过时间极短,传统的激光闪射法(LFA)使用红外测温,采样频率相对较低,已不足以有效地捕捉纳米级薄膜的传热过程。因此需要一种新的更快速的检测方式,可以克服经典的激光闪射法的技术局限。这一被称为超快速激光闪射法的技术,其典型模式为后部加热/前部探测方法。
这一方式的测量结构与传统的 LFA 方法相同:样品制备于透明基体之上,测量方向为穿过样品厚度、与样品表面垂直。由加热激光照射样品的下表面,由探测激光检测样品上表面的传热温升过程。
随着样品检测面的温度逐渐上升,其表面热反射率会相应发生变化。使用探测激光按一定采样频率对检测面进行照射,利用反射率的变化可获取检测面的温度上升曲线。基于该曲线进行拟合计算,可得到热扩散系数(如下图所示)。这里,金属薄膜(Mo)的热扩散系数测量结果为 15.9 mm²/s。


时间域热反射法 -
前部加热 / 前部探测(FF)
测定热扩散系数与吸热系数
除了 RF 方法之外,测量也可以使用前部加热/前部探测(FF)的结构进行。“Front”一词这里指的是沉积于基体上的薄膜的外表面,而“Rear”一词指的是薄膜与基体接触的一面。
在 FF 测量配置中(如下图所示),加热激光与探测激光处于样品的同一面。加热激光加热的是薄膜的前表面的一个直径为几十微米的区域,探测激光则指向同一位置,观察在照射之后表面温度的变化。
这一方法可以应用于非透明基体上的薄层材料,即 RF 方法不适合的场合。
在下图的示例中,使用 FF 模式,金属薄膜(Mo)的热扩散系数测量结果为 16.1 mm²/s。结果证明了 RF 与 FF 模式之间结果高度的一致性(偏差<2%)。



NanoTR 原理
NanoTR 具有先进的信号处理技术,可以进行高速的测量。测试过程中,一束脉冲宽度 1ns 的激光脉冲被周期性(间隔20us)地照射到样品的加热面上。使用探测激光记录检测面相应的温度响应。通过在极短时间内进行大量的重复测试,对重复信号进行累加,可以获得优异的信噪比。通过软件,仪器可以方便地在 RF 与 FF 两种测试方式之间进行切换,由此适合于各种类别的样品。
NanoTR 遵从 JIS R 1689,JIS R 1690 标准,提供具有热扩散时间标准值的薄膜标样(RM1301-a),使结果具有 SI 可回溯性。该标样由 AIST 提供。

PicoTR 原理
对于皮秒级热反射分析仪 PicoTR,照射到样品的加热面上的是脉冲宽度仅为 0.5ps 的激光脉冲,重复周期为 50ns。使用探测激光,记录检测面相应的温度响应。
PicoTR 允许用户在 RF 与 FF 两种模式之间进行自由切换。
PicoTR 符合 JIS R 1689,JIS R 1690 标准。


技术参数

仪器型号NanoTRPicoTR
温度范围RT,RT … 300°C(选配)RT,RT … 500°C(选配)
测量模式RF/FFRF/FF
样品尺寸10 × 10mm … 20 × 20mm10 × 10mm … 20 × 20mm
薄膜厚度

30nm … 20µm (取决于样品种类和测量模式)

10nm … 900nm (取决于样品种类和测量模式)

热扩散系数0.01 … 1000mm²/s0.01 … 1000mm²/s
主激光脉冲宽度 1ns 光束直径 100µm 激光功率 100mW脉冲宽度 0.5ps 光束直径 45µm 激光功率 20mW


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注:该产品未在中华人民共和国食品药品监督管理部门申请医疗器械注册和备案,不可用于临床诊断或治疗等相关用途

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