Dielectric Thermal Analyzer (DETA)는 유전체의 성질을 측정하는 강력한 도구로써 기존 DMA에서 측정하기 어려웠던 μm단위의 초 박막 필름 및 반고체 또는 액체 시료 등에 유용하게 사용된다. 또한 DMA에서는 측정이 불가능한 최대 100KHz의 고 주파수에서의 측정이 가능하여 샘플의 더욱더 정확한 유리전이온도 (Tg)와 모듈러스 값을 측정하게 된다.

DETA 측정시 샘플은 아래의 그림과 같이 두 접시의 전극 사이에 놓여지고, 교류의 전류가 두 전극 사이를 흐르게 된다. 시료는 전기장에 의해 그 시료에서 전기 편광의 크기를 특성화하는 절연체상수(ε’)를 가지고 있기 때문에 시료에 교류 전류장이 적용되면 위상차 δ에 의해 전기장에서 극성화가 나타난다. 극성화로 인해 시료 내 저장된 에너지 일부분이 손실되며 그 손실에너지는 ε” 유전체 내의 손실된 부분과 비례하며, 저장에너지는 유전체 상수 (ε’)과 비례한다.

결국, DETA에 의해 측정된 ε’과 ε” 값은 저장 모듈러스와 손실 모듈러스 값이며, 이 값을 이용해 Tan δ 값을 측정하게 된다.

Tan δ = ε”/ ε’

Lacerta (UK)사의 DETA에는 accessory로 수분조절기의 장착이 가능하므로 상대습도에 따른 물성 변화 측정이 가능하여, 더욱더 다양한 환경에서 측정범위를 확장할 수 있다. 수분조절기에 대한 설명 및 측정 예는 다음과 같다.

DETA 측정 시 시료들의 Application이 다양해지고 전문화 됨에 따라 각 사용 환경에 따른 시료의 물성평가의 필요성이 커지고 있으며, 이러한 요구를 충족시키기 위하여 Lacerta사의 DETA는 Humidity Control Accessory를 제공하고 있다. 이러한 Humidity Control Accessory를 이용하여 실험을 한다면, 습도에 따른 샘플의 거동을 용이하게 관찰할 수 있다.

Specification

아래의 그래프는 연료전지에서 전해질로 사용되는 Nafion 시료의 수분에 따른 영향성을 테스트한 결과이다. 45℃에서 습도 변화에 대한 측정한 결과로써 DETA 용량과 Tan δ를 보여준다. 측정 온도는 일정한 채로 유지하였고 그 측정시 습도는 시간에 대하여 증가되었다. Tan δ에 있는 처음의 Peak는 이 자료의 유리전이 변환(Tg)을 나타낸다. 따라서 일정온도에서 습도 변화는 Tg가 일어나도록 하는 요인임을 알 수 있다.