Espectroscopia de espelho térmico com excitação pulsada : caracterização de materiais opacos

Abstract

Resumo: A técnica de Espelho Térmico resolvida no tempo é desenvolvida sobre a excitação de um laser pulsado para a medida de propriedades térmicas e mecânicas de materiais opacos. As equações de difusão de calor e termoelástica são resolvidas analiticamente para excitação pulsada assumindo absorção superficial e um pulso instantâneo. Resultados analíticos para a variação de temperatura são comparados com soluções inteiramente numéricas usando o método de elementos finitos levando em conta a largura do pulso do laser. Experimentos realizados validam o modelo teórico e ajustes por meio de regressão são realizados para a obtenção da difusividade térmica e do coeficiente de expansão térmica linear das amostras. Os valores obtidos para estas propriedades estão em acordo com os valores da literatura. A técnica se mostra útil para determinações quantitativas de propriedades físicas de metais com valores altos de coeficiente de difusão térmica

Abstract: The time-resolved Thermal Mirror technique is developed under pulsed laser excitation for measuring thermal and mechanical properties of opaque materials. Heat diffusion and thermoelastic equations are solved analytically for pulsed excitation assuming surface absorption and an instantaneous pulse. Analytical results for the temperature change in the sample is compared to all-numerical solutions using finite element method analysis accounting for the laser pulse width . Experiments are performed which validate the theoretical model and regression fitting is performed to obtain the thermal diffusivity and the linear thermal expansion coefficient of the samples. The values obtained for these properties are in agreement with literature data. The technique is shown to be useful for quantitative determinations of the physics properties of metals with high thermal diffusivity