Mejoramiento de la respuesta fotoacústica en mediciones de difusividad térmica
DOI:
https://doi.org/10.37636/recit.v34196205Palabras clave:
Arreglo fotoacústico, Respuesta fotoacústica, Difusividad térmica, Celda fotoacústica, Modelo de Rosencwaig y GershoResumen
Se presenta una configuración alternativa de celda fotoacústica para la determinación de la difusividad térmica (α), a temperatura ambiente, para materiales sólidos. El método se basa en el uso de dos cámaras fotoacústicas idénticas, al interior de las cámaras en la parte central, una lámina térmicamente delgada es propuesta para transformar la energía luminosa en energía calorífica. Un material de referencia colocado de manera paralela a un material de estudio en la parte posterior del material térmicamente delgado permite relacionar las propiedades térmicas de estos materiales. Se efectúa la razón de amplitudes de señal fotoacústica con el modelo matemático completo contra el modelo propuesto para cobre vs acero, oro vs plata y granito vs mármol obteniendo un error máximo de 3% al emplear el modelo propuesto en lugar del modelo completo.
Descargas
Citas
A. Salazar, “On thermal diffusivity”. Eur. J. Phys., vol. 24, pp. 351–358, May. 2003. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807/24/4/353/pdf DOI: https://doi.org/10.1088/0143-0807/24/4/353
L.F. Perondi, L.C.M. Miranda, “Minimal-volume photoacoustic cell measurement of thermal diffusivity: effect of the thermoelastic sample bending”. J. Appl. Phys., Vol. 62. no. 7, pp. 2955e9, 1987. https://doi.org/10.1063/1.339380 DOI: https://doi.org/10.1063/1.339380
N.F. Leite, C. Cella, H. Vargas, L.C.M. Miranda, “Photoacoustic measurement of thermal diffusivity of polymer foils”. J. Appl. Phys. Vol. 61, no. 8, pp. 3025e7, 1987. https://doi.org/10.1063/1.337853 DOI: https://doi.org/10.1063/1.337853
H.K. Park, C.P. Grigoropoulos, A.C. Tam, “Optical measurements of thermal diffusivity of a material”. Int J Thermophys. Vol. 16, no. 4, pp. 973e95, 1995. https://doi.org/10.1007/BF02093477 DOI: https://doi.org/10.1007/BF02093477
A. Calderón, J. J. Alvarado-Gil, Yu Gurevich, A. Cruz-Orea, I. Delgadillo, H. Vargas, L. C.M. Miranda, “Photothermal characterization of electrochemical etching processed n-type porous silicon”. Phys. Rev. Lett. Vol. 79, no. 25, pp. 5022, 1997. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.5022 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.5022
A. Calderón, R. A. Muñoz Hernández, and S. A. Tomás, “Method for measurement of the thermal diffusivity in solids: application to metals, semiconductors, and thin materials”. J. Appl. Phys., Vol. 84, no. 11, pp. 6327e9, 1998. https://doi.org/10.1063/1.368957 DOI: https://doi.org/10.1063/1.368957
A. M. Mansanares and H. Vargas. Photoacoustic characterization of a two-layer system. J. Appl. Phys., Vol. 70, no. 11, pp. 7046e50, 1991. https://doi.org/10.1063/1.349782 DOI: https://doi.org/10.1063/1.349782
J. J. Alvarado-Gil, O. Zelaya-Angel, H. Vargas, and J. L. Lucio M. “Photoacoustic characterization of the thermal properties of a semiconductor-glass two-layer system”. Phys. Rev. B., Vol. 50, no. 19, pp. 14627, 1994. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.14627 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.14627
G. C. Astrath Nelson, B. G. Astrath Francine, J. Shen, C. Lei, J. Zhou, S. S. Liu Zhong, et al. “An open-photoacoustic-cell method for thermal characterization of a two-layer system”. J. Appl. Phys. Vol. 107, no. 4, pp. 043514, 2010. https://doi.org/10.1063/1.3310319 DOI: https://doi.org/10.1063/1.3310319
B. Abad, M. Rull-Bravo, Hodson SL, Xu X, Martin-Gonzalez M. “Thermoelectric properties of electrodeposited tellurium films and the sodium lignosulfonate effect”. Electrochim Acta., Vol.169, pp. 37–45, 2015. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.04.063 DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.04.063
A. Rosencwaig and A. Gersho, “Theory of the photoacoustic effect with solids,” J. Appl. Phys, vol. 47, no. 1, pp. 64–69, Jan. 1976. https://doi.org/10.1121/1.2002181 DOI: https://doi.org/10.1063/1.322296
H. S. Bennett and R. A. Forman, “Frequency dependence of photoacoustic spectroscopy: Surface and bulk absorption coefficients,” J. Appl. Phys, vol. 48, no. 4, pp. 1432–1436, Apr. 1977. https://doi.org/10.1063/1.323883 DOI: https://doi.org/10.1063/1.323883
D. Cahen, “Photoacoustic cell for reflection and transmission measurements,” Rev. Sci. Instrum., vol. 52, no. 9, pp. 1306–1310, Sep. 1981. https://doi.org/10.1063/1.1136788 DOI: https://doi.org/10.1063/1.1136788
F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, “Geometrical optimization of a longitudinal resonant photoacoustic cell for sensitive and fast trace gas detection,” Rev. Sci. Instrum., vol. 67, no. 8, pp. 2914–2923, Aug. 1996. https://doi.org/10.1063/1.1147072 DOI: https://doi.org/10.1063/1.1147072
D. I. Kovsh, D. J. Hagan, and E. W. V. Stryland, “Numerical modeling of thermal refraction in liquids in the transient regime,” Opt. Express, vol. 4, no. 8, p. 315, Apr. 1999. https://doi.org/10.1364/OE.4.000315 DOI: https://doi.org/10.1364/OE.4.000315
M. Nägele and M. W. Sigrist, “Mobile laser spectrometer with novel resonant multipass photoacoustic cell for trace-gas sensing” Appl. Phys. B, vol. 70, no. 6, pp. 895–901, Jun. 2000. https://doi.org/10.1007/PL00021151 DOI: https://doi.org/10.1007/PL00021151
J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, “Multi-gas sensing based on photoacoustic spectroscopy using tunable laser diodes,” Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc., vol. 60, no. 14, pp. 3449–3456, Dec. 2004. https://doi.org/10.1016/j.saa.2003.11.046 DOI: https://doi.org/10.1016/j.saa.2003.11.046
J. M. Rey, D. Marinov, D. E. Vogler, and M. W. Sigrist, “Investigation and optimisation of a multipass resonant photoacoustic cell at high absorption levels,” Appl. Phys. B, vol. 80, no. 2, pp. 261–266, Feb. 2005. https://doi.org/10.1007/s00340-004-1705-1 DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-004-1705-1
M. Tavakoli, A. Tavakoli, M. Taheri, and H. Saghafifar, “Design, simulation and structural optimization of a longitudinal acoustic resonator for trace gas detection using laser photoacoustic spectroscopy (LPAS),” Opt. Laser Technol., vol. 42, no. 5, pp. 828–838, Jul. 2010. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2009.12.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2009.12.012
B. Kost, B. Baumann, M. Germer, M. Wolff, and M. Rosenkranz, “Numerical shape optimization of photoacoustic resonators,” Appl. Phys. B, vol. 102, no. 1, pp. 87–93, Jan. 2011. https://doi.org/10.1007/s00340-010-4170-z DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-010-4170-z
A. Gutiérrez, J. Giraldo, and M. E. Rodríguez-García, “Técnica fotoacústica aplicada a la determinación de propiedades térmicas de silicio poroso,” Rev. mex. fis., vol. 57, no. 2, pp. 99–105, Abril 2011. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0035-001X2011000200001&lng=es&nrm=iso>.
P. A. Lomelí Mejía, N. P. Castellanos Abrego, M. M. Méndez González, A. Cruz Orea, and J. L. Jiménez Pérez, “Aplicaciones biofísicas de la fotoacústica,” vol. 1, no. 2, pp. 90–94, 2012. https://www.medigraphic.com/cgi-bin/new/resumen.cgi?IDARTICULO=37334
Ł. Chrobak and M. Maliński, “Design and optimization of the photoacoustic cell for nondestructive photoacoustic spectroscopy,” Nondestructive. Test. Eval., vol. 28, no. 1, pp. 17–27, Mar. 2013. https://doi.org/10.1080/10589759.2012.667408 DOI: https://doi.org/10.1080/10589759.2012.667408
M. Wolff, B. Kost, and B. Baumann, “Shape-Optimized Photoacoustic Cell: Numerical Consolidation and Experimental Confirmation,” Int. J. Thermophys., vol. 33, no. 10–11, pp. 1953–1959, Nov. 2012. https://doi.org/10.1007/s10765-012-1257-2 DOI: https://doi.org/10.1007/s10765-012-1257-2
M. A. Gondal and M. A. Dastageer, “Design, fabrication, and optimization of photo acoustic gas sensor for the trace level detection of NO2 in the atmosphere,” J. Environ. Sci. Health Part A, vol. 45, no. 11, pp. 1406–1412, Aug. 2010. https://doi.org/10.1080/10934529.2010.500933 DOI: https://doi.org/10.1080/10934529.2010.500933
M. L. Alvarado-Noguez, M. Cano-Europa, C. Hernández-Aguilar, F. A. Domínguez-Pacheco, and A. Cruz-Orea, “Obtención y Análisis del Espectro de Absorción Óptico de Sangrede Rata Fisher con Daño Hepático Mediante Espectroscopía Fotoacústica,” Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica, vol. 38, no. 1, pp. 349–356. https://doi.org/10.17488/rmib.38.1.31. DOI: https://doi.org/10.17488/RMIB.38.1.31
M. W. Sigrist, “Photoacoustic Spectroscopy, Applications,” in Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry, Elsevier, 2017, pp. 589–597. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.11307-1 DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.11307-1
L. Bychto, M. Maliński, A. Patryn, M. Tivanov, and V. Gremenok, “Determination of the optical absorption spectra of thin layers from their photoacoustic spectra,” Opt. Mater., vol. 79, pp. 196–199, May 2018. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.03.043 DOI: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.03.043
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Categorías
Licencia
Derechos de autor 2020 David Gasca-Figueroa, Micael Gerardo Bravo-Sánchez, Adriana Guzmán-López, José Guadalupe Zavala-Villalpando, Francisco Javier García-Rodríguez
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
- Los autores/as conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la licencia de atribución de Creative Commons 4.0, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
- Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as a compartir su trabajo en línea (por ejemplo: en repositorios institucionales o páginas web personales) antes y durante el proceso de envío del manuscrito, ya que puede conducir a intercambios productivos, a una mayor y más rápida citación del trabajo publicado (vea The Effect of Open Access).
