Instrumentación

 

Método de lente térmica resuelta en frecuencia para medir coeficientes de difusión térmica en muestras líquidas

 

L. G. Rodriguez^a,*, L. P. Cantini^b, E. Granizo^c, D. P. Guangaª, A. Díaz-Barrios^d, A. Debut^e, J. L. Paz^a,f y C. Costa Vera^a,g

 

ª Departamento de Física, Escuela Politécnica Nacional, Ladrón de Guevara E11-253, Ed. Ing. Civil Piso 1, 170517, Apdo. 17-12-866 Quito, Ecuador. * e-mail: gerarluis@gmail.com, luisg.rodriguez@epn.edu.ec

^b Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Técnica de Machala, Kilometro 5½ Ciudadela Universitaria, Machala, Ecuador.

^c Escuela de Física y Matemática, Escuela Superior Politécnica del Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

^d Gerencia de Educación Ciencia y Tecnología, Yachay EP, Amazonas N26-146 y la Niña, Quito, Ecuador.

^e Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, POBOX: 1715-231B, Sangolquí, Ecuador.

^f Departamento de Química, Universidad Simón Bolívar, Apartado 89000, Caracas 1086, Venezuela.

^g Grupo Ecuatoriano para el Estudio Experimental y Teórico de Nanosistemas (GETNano), Diego de Robles y Vía Interoceánica, USFQ, N104-E, Quito, Ecuador.

 

Received 25 March 2015.
Accepted 27 May 2015.

 

Resumen

Se propone un experimento para la medición de la constante de difusividad térmica de muestras líquidas y sistemas coloidales de nano-partículas utilizando el efecto de lente térmica inducida por un diodo láser modulado en frecuencia. El método consiste en medir la señal fototérmica en función de la frecuencia de modulación del láser. A partir de la gráfica experimental obtenida, es posible estimar la difusividad térmica de la muestra si se conoce el radio del haz del láser dentro de la misma. El experimento es calibrado por medio de la estimación de la difusividad térmica del etanol. Los coeficientes difusividad térmica de soluciones acuosas de Azul Brillante FCF y sistemas de nanopartículas de plata también son estimadas indicando un incremento de hasta un orden de magnitud del sistema de nanopartículas en relación al fluido base. Los resultados obtenidos muestran que el método es robusto, con un costo de implementación reducido y con la sensibilidad necesaria para caracterizar térmicamente materiales líquidos transparentes y semi-transparentes.

Palabras clave: Efectos fototérmicos; difusividad térmica; lente térmica; nanopartículas.

 

Abstract

An experiment for measuring the thermal diffusivity of a liquid sample and nanoparticle colloidal systems using the thermal lens effect, induced by a frequency modulated laser diode, is proposed. The method consists in measuring the photothermal signal depending on the modulation frequency of the laser. From the experimental data is possible to estimate the thermal diffusivity of the sample if the radius of the laser beam is known. The experiment is calibrated by estimating the thermal diffusivity of ethanol. Thermal diffusivity coefficients of aqueous solutions of Brilliant Blue FCF and silver nanoparticles systems are also estimated indicating an increment of an order of magnitude of the nanoparticles system relative to the base liquid. The results show that the method is robust, with a reduced implementation cost and sensitivity enough to thermally characterize transparent and semi-transparent liquid materials.

Keywords: Photothermal effects; thermal diffusivity; thermal lensing; nanoparticles.

PACS: 42.62.Eh; 07.60.-j; 44.10.+i.

 

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