Проведено исследование влияния геометрической формы образцов на неопределенность измерений коэффициента теплопроводности материалов методом лазерной вспышки. Методом математического моделирования в программной среде Comsol Multiphysics создана модель, имитирующая процесс измерения методом лазерной вспышки коэффициента теплопроводности образцов, выполненных из графита, Mg 2 Si 0.4 Sn 0.6 и теллурида висмута. Исследованы образцы цилиндрической формы с плоскопараллельными сторонами и образцы в

more »

... усеченного цилиндра, а также образцы в виде параллелепипеда с квадратным основанием. Показано, что для образцов с плоскопараллельными сторонами и размером до 12.7 мм неопределенность измерений не превышает 2%. Для образцов в форме усеченного цилиндра диаметром 3 мм и при угле скоса ϕ = 1.5 • неопределенность измерения не превышает 3%. С увеличением диаметра образца и угла ϕ неопределенность измерений существенно возрастает. Введение Для определения эффективности новых термоэлектрических материалов необходимо производить оценку их тепло-и электрофизических параметров. К основным параметрам, определяющим термоэлектрические свойства материала, относятся коэффициенты Зеебека, электропроводности и теплопроводности [1, 2] . Одним из самых трудоемких измерений для определения параметров материала является коэффициент теплопроводности κ. Среди многих способов определения коэффициента теплопроводности [3,4] популярность получил метод лазерной вспышки (laser flash method) [5] . Для проведения измерений по методу лазерной вспышки одну сторону тонкого цилиндрического образца диаметром d s (рис. 1, a) облучают импульсом лучистой энергии Q. Поглощенное тепло распределяется по объему исследуемого материала и достигает его обратной стороны. Изменение температуры на обратной стороне образца регистрируется при помощи термостатированного детектора. Регистрация изменения температуры производится с части поверхности, ограниченной держателем и заглушкой. Значение диаметра области детектирования d t в измерительной установке регулируется величиной диаметра отверстия в графитовых заглушках, устанавливаемых в держателе образцов. При использовании штатных держателей и заглушек для цилиндрических образцов, рекомендуемых размеров, соотношение d t /d s составляет 0.67. Наименьшая неопределенность на образцах стандартной цилиндрической формы, по нашим данным, наблюдалась при использовании соотношения d t /d s = 0.67, равного рекомендуемому производителями установок. Поэтому в дальнейшем в геометрических моделях нами было использовано это соотношение d t /d s . По скорости роста температуры на обратной стороне образца можно судить о величине коэффициента теплопроводности материала [5]: k = 1.36976ρC p h 2 s π 2 τ 1/2 , где ρ -плотность материала, C p -изобарная теплоемкость, h s -высота образца, τ 1/2 -время достижения половины максимальной температуры. К достоинствам метода лазерной вспышки можно отнести невысокую длительность измерений, возмож-731