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Photoacoustic thermal characterization of low thermal diffusivity thin films

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Herrmann, Kai ; Pech-May, Nelson W. ; Retsch, Markus:
Photoacoustic thermal characterization of low thermal diffusivity thin films.
In: Photoacoustics. Bd. 22 (2021) . - 100246.
ISSN 2213-5979
DOI: https://doi.org/10.1016/j.pacs.2021.100246

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Projekttitel:
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Open Access Publizieren
Ohne Angabe
SFB 840 - Von partikulären Nanosystemen zur Mesotechnologie
B7

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

The photoacoustic measurement technique is a powerful yet underrepresented method to characterize the thermal transport properties of thin films. For the case of isotropic low thermal diffusivity samples, such as glasses or polymers, we demonstrate a general approach to extract the thermal conductivity with a high degree of significance. We discuss in particular the influence of thermal effusivity, thermal diffusivity, and sample layer thickness on the significance and accuracy of this measurement technique. These fundamental thermal properties guide sample and substrate selection to allow for a feasible thermal transport characterization. Furthermore, our data evaluation allows us to directly extract the thermal conductivity from this transient technique, without separate determination of the volumetric heat capacity, when appropriate boundary conditions are fulfilled. Using silica, poly(methyl methacrylate) (PMMA) thin films, and various substrates (quartz, steel, and silicon), we verify the quantitative correctness of our analytical approach.

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Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Thermal conductivity; Thermal wave; Thermal transport metrology; Photoacoustic characterization; Effusivity mismatch; Thermal diffusivity; Thin film characterization; Nanoscale thermal transport
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Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Eingestellt am: 10 Mär 2021 08:34
Letzte Änderung: 12 Okt 2023 09:00
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/63773