| Resumo: |
Neste
trabalho apresentamos a técnica de espelho térmico
resolvido no tempo para estudo das propriedades físicas de
materiais sólidos. Desenvolvemos um modelo completo para a
descrição do perfil de temperatura e da respectiva
deformação termoelástica induzida por um feixe de
excitação com perfil Gaussiano. Quando o feixe laser de
excitação incide na superfície do material,
provoca um gradiente de temperatura e uma conseqüente
deformação superficial da ordem de poucos
nanômetros. O perfil de temperatura e deformação na
superfície da amostra são descritas por meio da
solução da equação de difusão de
calor e da equação termoelástica, respectivamente.
A deformação induzida na amostra atua como um espelho
côncavo ou convexo para um segundo feixe laser, denominado feixe
de prova, incidente na amostra. Este feixe é então
refletido pela superfície deformada e, se propaga até um
detector, o qual monitora a variação da intensidade com o
tempo. A propagação do feixe de prova é
tratada por meio da teoria de difração de Fresnel. Com a
expressão de intensidade em função do tempo e o
respectivo ajuste com o modelo teórico podemos obter
propriedades ópticas, térmicas e mecânicas do
material. O modelo teórico proposto para o espelho
térmico chamado de Modelo da Lei de Beer (BLM), é uma
expressão semi-analítica escrita em termos de uma
integral numérica, resultando em complexas
interações matemáticas. Para simplificar os
cálculos são propostos dois modelos que equivalem a
aproximações para o modelo da Lei de Beer, no limite para
altos e baixos valores do coeficiente de absorção
óptica, os quais denominamos de modelo para alta
absorção (HAM) e para baixa absorção (LAM),
respectivamente. A influência dos parâmetros experimentais
bem como a aplicação dos três modelos para
materiais sólidos de diferentes valores de
absorção óptica, são discutidos. Os
resultados obtidos são comparados com os valores obtidos na
literatura por meio de outras técnicas, e mostraram estar em boa
concordância dentro do erro experimental, evidenciando que a
técnica deespelho térmico pode ser utilizada para caracterização de materiais sólidos.
Palavras chaves: Deformação superficial fototérmica. Técnica fototérmica. Espelho Térmico.
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