МЕТОД ВИМІРЮВАННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ МЕТАЛІВ З ТОНКИМИ ПОКРИТТЯМИ, НАНЕСЕНИМИ ГАЛЬВАНІЧНИМ ШЛЯХОМ В МАГНІТНОМУ ПОЛІ НИЗЬКОЇ ІНДУКЦІЇ

Автор(и)

  • С.В. Ковальов Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0001-8839-2392
  • Я.М. Козлов Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0002-6987-3753
  • П.В. Рябик Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0002-1804-9051
  • Н.В. Ковальова Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна https://orcid.org/0009-0000-9347-9863
  • В.І. Міщенко Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна https://orcid.org/0000-0002-1867-3874
  • М.О. Дацко Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна https://orcid.org/0009-0009-7854-3287
  • А.В. Шибка Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна
  • В.В. Усатий Український державний університет науки та технологій, Навчально-науковий інститут «Український державний хіміко-технологічний університет», м. Дніпро, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31319/2519-2884.45.2024.6

Ключові слова:

теплопровідність, теплоємність, металеві покриття, плівка, гальваніка, магнітне поле

Анотація

Робота присвячена розробці методики вимірювання теплофізичних характеристик металів з тонкими покриттями, нанесеними гальванічним шляхом на метал основи, для використання у теплотехнічному обладнанні відновлюваних джерел енергії. Спроектовано та виготовлено лабораторне обладнання для вимірювання теплофізичних характеристик металів з тонкими покриттями та тонких покриттів, нанесених на матеріал основи. Проведено дослідження для визначення теплопровідності та теплоємності на прикладі нікелевого покриття, нанесеного на мідну основу гальванічним шляхом в магнітному полі низької індукції. Запропонована в цій роботі методика дозволяє визначати теплофізичні характеристики металів з тонкими покриттями і тонких покриттів, нанесених електрохімічним шляхом на теплопровідну основу, для з’ясування доцільності їх використання в теплопровідному обладнанні.

Посилання

Shi, L., Dames, C., Lukes, J. R., Reddy, P., Duda, J., Cahill, D. G., Lee, J., Marconnet, A., Goodson, K. E., Bahk, J.-H., Shakouri, A., Prasher, R. S., Felts, J., King, W. P., Han, B., and Bischof, J. C., 2015, “Evaluating Broader Impacts of Nanoscale Thermal Transport Research,” Nanoscale Microscale Thermophys. Eng., 19(2), pp. 127–165.

ASTM, 2013, “Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus,” ASTM International, West Conshohocken, PA, Standard No. ASTM C177-13.

ASTM, 2015, “Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus,” ASTM International, West Conshohocken, PA, Standard No. ASTMC518-15.

ASTM, 2011, “Standard Test Method for Evaluating the Resistance to Thermal Transmission of Materials by the Guarded Heat Flow Meter Technique,” ASTM International, West Conshohocken, PA, Standard No. ASTM E1530-11.

Zawilski, B. M., Iv, R. T. L., Tritt, T. M., 2001, “Description of the Parallel Thermal Conductance Technique for the Measurement of the Thermal Conductivity of Small Diameter Samples,” Rev. Sci. Instrum., 72(3), pp. 1770–1774.

Romao, C. P., Miller, K. J., Johnson, M. B., Zwanziger, J. W., Marinkovic, B. A.,White, M. A., 2014, “Thermal, Vibrational, and Thermoelastic Properties of Y2Mo3O12 and Their Relations to Negative Thermal Expansion,” Phys. Rev. B, 90(2), p. 24305.

Assael, M. J., Antoniadis, K. D., Metaxa, I. N., Mylona, S. K., Assael, J.-A. M., Wu, J., Hu, M., 2015, “A Novel Portable Absolute Transient Hot-Wire Instrument for the Measurement of the Thermal Conductivity of Solids,” Int. J. Thermophys., 36(10-11), pp. 3083–3105.

Ruoho, M., Valset, K., Finstad, T., Tittonen, I., 2015, “Measurement of Thin Film Thermal Conductivity Using the Laser Flash Method,” Nanotech-nology, 26 (19), p. 195706.

ASTM, 2016, “Standard Test Method for Measurement of Thermal Effusivity of Fabrics Using a Modified Transient Plane Source (MTPS) Instrument,” ASTM International, West Conshohocken, PA, Standard No. ASTM D7984-16.

Volklein, F., Reith, H., Meier, A., 2013, “Measuring Methods for the Investigation of In-Plane and Cross-Plane Thermal Conductivity of Thin Films,” Phys. Status Solidi A, 210(1), pp. 106–118.

Mishra, V., Hardin, C. L., Garay, J. E., Dames, C., 2015, “A 3 Omega Method to Measure an Arbitrary Anisotropic Thermal Conductivity Tensor,” Rev. Sci. Instrum., 86(5), p. 54902.

Afriyie, E. T., Karami, P., Norberg, P., Gudmundsson, K., 2014, “Textural and Thermal Conductivity Properties of a Low Density Mesoporous Silica Material,” Energy Build., 75, pp. 210–215.

Abdulagatov, I. M., Abdulagatova, Z. Z., Kallaev, S. N., Bakmaev, A. G., Ranjith, P. G., 2015, “Thermal-Diffusivity and Heat-Capacity Measurements of Sandstone at High Temperatures Using Laser Flash and DSC Methods,” Int. J. Thermophys., 36(4), pp. 658–691.

ISO, 2015, “Plastics-Determination of Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity-Part 2: Transient Plane Heat Source (Hot Disc) Method,” Inter-national Organization for Standardization, New York, Standard No. ISO 22007-2:2015.

Feser, J. P., Chan, E. M., Majumdar, A., Segalman, R. A., Urban, J. J., 2013, “Ultralow Thermal Conductivity in Polycrystalline CdSe Thin Films With Controlled Grain Size,” Nano Lett., 13(5), pp. 2122–2127.

Dames, C., 2013, “Measuring the Thermal Conductivity of Thin Films: 3 Omega and Related Electrothermal Methods,” Annu. Rev. Heat Transfer, 16(16), pp. 7–49.

Marconnet, A. M., Panzer, M. A., Goodson, K. E., 2013, “Thermal Conduction Phenomena in Carbon Nanotubes and Related Nanostructured Materials,” Rev. Mod. Phys., 85(3), pp. 1295-1326.

Лариков Л. Н., Юрченко Ю. Структура и свойства металлов и сплавов. Тепловые свой-ства металлов и сплавов: справочник. К.: Наукова думка. 1985. 438 с.

Shi, L. & Dames, C. & Lukes, J.R. & Reddy, P. & Duda, J. & Cahill, D.G. «et al.» (2015). Evaluating Broader Impacts of Nanoscale Thermal Transport Research. Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering, 19(2), 127–165 [in English].

Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus. (2013). ASTM C177-13. West Conshohocken, PA: ASTM International [in English].

Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus. (2015). ASTM C518-15. West Conshohocken, PA: ASTM International [in English].

Standard Test Method for Evaluating the Resistance to Thermal Transmission of Materials by the Guarded Heat Flow Meter Technique. (2011). ASTM E1530-11. West Conshohocken, PA: ASTM International [in English].

Zawilski, B.M. & Iv, R.T.L. & Tritt, T.M. (2001). Description of the Parallel Thermal Conductance Technique for the Measurement of the Thermal Conductivity of Small Diameter Samples. The Review of scientific instruments, 72(3), 1770–1774 [in English].

Romao, C.P. & Miller, K.J. & Johnson, M.B. & Zwanziger, J.W. & Marinkovic, B.A. & White, M.A. (2014). Thermal, Vibrational, and Thermoelastic Properties of Y2Mo3O12 and Their Relations to Negative Thermal Expansion. Physical review. B, Condensed matter, 90(2), 024305 [in English].

Assael, M.J. & Antoniadis, K.D. & Metaxa, I.N. & Mylona, S.K. & Assael, J.-A.M. & Wu, J. «et al.» (2015). A Novel Portable Absolute Transient Hot-Wire Instrument for the Measurement of the Thermal Conductivity of Solids. International Journal of Thermophys-ics, 36(10-11), 3083–3105 [in English].

Ruoho, M. & Valset, K. & Finstad, T. & Tittonen, I. (2015). Measurement of Thin Film Thermal Conductivity Using the Laser Flash Method. Nanotechnology, 26 (19), 195706. [in English].

Standard Test Method for Measurement of Thermal Effusivity of Fabrics Using a Modified Transient Plane Source (MTPS) Instrument. (2016). ASTM D7984-16. West Conshohocken, PA: ASTM International [in English].

Volklein, F. & Reith, H. & Meier, A. (2013). Measuring Methods for the Investigation of In-Plane and Cross-Plane Thermal Conductivity of Thin Films. Physica Status Solidi A, 210(1),106–118 [in English].

Mishra, V. & Hardin, C.L. & Garay, J.E. & Dames, C. (2015). A 3 Omega Method to Meas-ure an Arbitrary Anisotropic Thermal Conductivity Tensor. The Review of scientific instruments, 86(5), 054902 [in English].

Afriyie, E.T. & Karami, P. & Norberg, P. & Gudmundsson, K. (2014). Textural and Thermal Conductivity Properties of a Low Density Mesoporous Silica Material. Energy and Buildings, 75, 210–215 [in English].

Abdulagatov, I.M. & Abdulagatova, Z.Z. & Kallaev, S.N. & Bakmaev, A.G. & Ranjith, P. G. (2015). Thermal-Diffusivity and Heat-Capacity Measurements of Sandstone at High Temperatures Using Laser Flash and DSC Methods. International Journal of Thermo-physics, 36(4), 658–691 [in English].

Plastics-Determination of Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity-Part 2: Transient Plane Heat Source (Hot Disc) Method. (2015). ISO 22007-2:2015. New York: International Organization for Standardization [in English].

Feser, J.P. & Chan, E.M. & Majumdar, A. & Segalman, R.A. & Urban, J.J. (2013). Ultralow Thermal Conductivity in Polycrystalline CdSe Thin Films With Controlled Grain Size. Nano Letters, 13(5), 2122–2127 [in English].

Dames, C. (2013). Measuring the Thermal Conductivity of Thin Films: 3 Omega and Related Electrothermal Methods. Annual Reviews of Heat Transfer, 16(16), 7–49 [in English].

Marconnet, A.M. & Panzer, M.A. & Goodson, K.E. (2013). Thermal Conduction Phenomena in Carbon Nanotubes and Related Nanostructured Materials. Review of Modern Physics, 85(3), 1295–1326 [in English].

Larikov L. N. & Yurchenko Yu. (1985). Struktura i svoistva metallov i splavov. Teplovie svoistva metallov i splavov [Structure and properties of metals and alloys. Thermal properties of metals and alloys]. Kiev: Naukova dumka [in Russian].

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-24

Номер

Том 2 № 45 (2024): collection

Розділ

Матеріалознавство