Описание

Используя LSR-платформу Linseis, термоэлектрические материалы как в виде твердого материала, так и в виде тонких пленок могут быть охарактеризованы практически полностью. В базовой версии – LSR-3 - как коэффициент Зеебека, так и электропроводность (или удельное сопротивление) твердых материалов могут измеряться полностью автоматически и одновременно до максимальной температуры 1500°C.

Базовую версию можно комбинировать с различными опциями для расширения спектра применения. Например, низкотемпературная опция позволяет проводить полностью автоматические измерения при охлаждении LN2 до -100°C. Использование специального тонкопленочного адаптера расширяет диапазон измерений и позволяет измерять фольгу и тонкие слои. Дополнительная камера позволяет определять электропроводность с высочайшей точностью, а использование опции “high-ohm” позволяет значительно расширить диапазон измерений, чтобы также охарактеризовать образцы с плохой электропроводностью.

Для расчета термоэлектрической добротности ZT, которая широко используется для сравнения эффективности термоэлектрических материалов, в дополнение к коэффициенту Зеебека и электропроводности необходимо знать теплопроводность материалов. Для измерения параметров теплопередачи обычно требуется дополнительное измерительное устройство, такое как лазерная вспышка.

Для решения этой проблемы в платформу Linseis LSR может быть встроена дополнительная лазерная вспышка (см. LZT-метр) или может быть использован специальный адаптер, который позволяет определять характеристики твердых материалов с помощью так называемого метода Хармана. Это позволяет напрямую определять ZT, что в сочетании с двумя первоначальными измерениями коэффициента Зеебека и электропроводности позволяет сделать выводы о теплопроводности. Платформа LSR с интегрированным методом Хармана будет названа LSR-4 из-за значительной добавленной стоимости. С помощью дополнительного расширения измерительной электроники значение ZT для модулей (TEG) на платформе LSR-4 может быть определено в форме импедансной спектроскопии в соответствии с тем же фундаментальным принципом измерения.

 

Принцип измерения коэффициента Зеебека

Образец цилиндрической, квадратной или прямоугольной формы помещают вертикально между двумя электродами. Нижний электродный блок и, необязательно, также верхний электродный блок (для изменения температурного градиента) содержат нагревательный змеевик (вторичный нагреватель). Все измерительное устройство расположено в печи, которая нагревает образец до определенной температуры для проведения измерения. При достижении этой температуры вторичный нагреватель в нижнем электроде создает заданный температурный градиент вдоль образца. Две термопары T1 и T2, находящиеся в боковом контакте, теперь измеряют разницу температур (ΔT = T2 – T1) между горячим и холодным контактом на образце. Кроме того, в каждом случае используется один из двух выводов термопары для измерения возникающей электродвижущей силы dE (или теплового напряжения Vth).

 

Уникальный пружинный механизм обеспечивает наилучший электрический контакт термопар с образцом и, таким образом, высокую точность измерений. На основе полученных данных измерений затем можно легко рассчитать коэффициент Зеебека.

 

Принцип измерения удельного сопротивления

Для определения удельного электрического сопротивления (или электропроводности) образца используется четырехполюсный метод измерения постоянного тока. В результате подавляются паразитные воздействия, такие как сопротивление контактов или проводов, и точность измерений может быть значительно повышена.

Для измерения в условиях теплового равновесия (ΔT = 0K) в образец с помощью двух электродов подается постоянный ток (IDC).Благодаря электродам и размерам образца можно предположить почти идеальное протекание одномерного тока внутри образца. Результирующее падение напряжения (VΩ) на участке длины “t” образца снова измеряется с помощью одного из двух проводов термопары.

На основе измеренных данных и расстояния между термопарами “t” можно рассчитать удельное сопротивление и электропроводность.

 

Принцип измерения по Харману

Метод Хармана позволяет рассчитать термоэлектрическую характеристику ZT материала на основе измерения временной кривой напряжения образца при приложенном постоянном токе (DC).

Для измерения в термоэлектрический образец подается ток через два игольчатых контакта. Благодаря эффекту Пельтье один из двух переходов локально нагревается или охлаждается. В результате этого над образцом устанавливается характерный температурный профиль, обусловленный адиабатическими граничными условиями. Если вычислить соотношение измерения начального падения напряжения (омическая часть без температурного градиента) и измерения стационарного падения напряжения (включая тепловое напряжение), то можно рассчитать безразмерный показатель полезного действия ZT (и, следовательно, лямбда-коэффициент теплопроводности).

 

Принцип измерения Хармана

Фундаментальные преимущества метода Хармана по сравнению с вычислением ZT на основе единичных измерений заключаются в том, что требуется только один прибор, необходимо подготовить только один образец, а результирующая погрешность измерения ZT значительно меньше благодаря прямому измерению. Недостатком, с другой стороны, является то, что данный метод измерения может быть использован только для хороших термоэлектрических материалов и при температуре не более 400°C.

 

Адаптер для тонких пленок и фольги

Благодаря их уникальным свойствам по сравнению с объемными материалами интерес к наноструктурированным образцам, таким как тонкие пленки или нанопроволоки, в последние годы значительно возрос. Чтобы соответствовать требованиям современных исследований, компания LINSEIS разработала два различных держателя образцов для отдельно стоящих пленок и пленок или покрытий на подложке для платформы LSR. Благодаря уникальной конструкции держателей для образцов с помощью LSR можно охарактеризовать большое количество по-разному подготовленных образцов с точки зрения толщины покрытия и способа производства.

 

Доступные аксессуары

Держатель для образцов в форме диска

Платформа LSR может использоваться для измерения образцов различной геометрии: цилиндрических образцов (диаметром до 6 мм x 23 мм в высоту), образцов в форме стержня (с отпечатками пищевых продуктов размером до 5 мм x 5 мм и высотой 23 мм) или образцов в форме диска (10 мм, 12,7 мм или 25,4 мм в диаметре). Площадь пищевой печати образцов в идеале должна быть меньше или равна площади поверхности электродов, чтобы обеспечить одномерный поток тепла и электричества через образец.

В базовой версии для измерения доступны два различных держателя образцов. Хотя цилиндрические и стержнеобразные ножки являются типичной конфигурацией термоэлектрических генераторов (ТЭГ), для измерения теплопроводности с использованием лазера или системы световой вспышки часто требуется форма образца в форме диска. Чтобы избежать трудоемких этапов подготовки образцов, а также потенциальных источников ошибок с самого начала, платформа LSR может быть оснащена дополнительным держателем для образцов (разработанным в сотрудничестве с немецкой компанией DLR), который позволяет измерять коэффициент Зеебека и электропроводность образцов в форме диска.

 

Термоэлементы и камера-опция

Стандартная термопара: для обеспечения высочайшей точности

Термопара в оболочке: для сложных образцов

Термопары типа K/S/C:

·       Тип K для измерения низких температур

·       Тип S для измерения высоких температур

·       Тип C для образцов, отравленных ртутью

 

Камера-опция

·       Камера-опция для измерения расстояния между зондами

·       Обеспечивает высочайшую точность измерения удельного сопротивления

·       Включенный пакет программного обеспечения

 

·     Почти идеальный 1-мерный поток тепла через образец

·     Благодаря опции с высоким сопротивлением и термопарам с возможностью изменения положения даже самые требовательные образцы могут быть надежно измерены

·     Сменные печи позволяют проводить измерения в диапазоне температур от -100°C до 1500°C

·     Прямое измерение ZT на ножках (метод Хармана) и модулях (импедансная спектроскопия)

·     Измерение теплопроводности методом Хармана

·     Высокоскоростная инфракрасная печь для превосходного контроля температуры во время измерения и более высокой производительности отбора проб

·     Доступен широкий ассортимент термопар

·     Опция камеры для высокоточных измерений удельного сопротивления

 

Технические характеристики

МОДЕЛЬ	LSR-3
Диапазон температур:	Инфракрасная печь: RT до 800°C/1100°C Печь сопротивления: RT до 1500°C Низкотемпературная печь: от -100°C до 500°C
Принципы измерения:	Коэффициент Зеебека: Стационарный метод постоянного тока / метод наклона Удельное сопротивление: измерение на четырех клеммах постоянного тока
Среды:	Инертный, восстанавливающий, окислительный, вакуумный Рекомендуется использовать газообразный гелий низкого давления
Держатель образца:	Вертикально между двумя электродами Дополнительный адаптер для тонких пленок и фольги
Размер образца (цилиндрический или прямоугольный):	занимаемая площадь от 2 до 5 мм и макс. длиной от 23 мм до 6 мм в диаметре и макс. длина 23 мм
Размер выборки (в форме диска):	10, 12.7, 25.4 мм
Регулируемое расстояние между зондами:	4, 6, 8 мм
Охлаждение водой:	требуемый
Диапазон измерения коэффициента Зеебека:	От 1 мкВ/К до 250 мВ/К (метод статического постоянного тока) Точность ±7% / воспроизводимость ±3,5%
Диапазон измерения электропроводности:	От 0,01 до 2×105 С/см Точность ±10% / воспроизводимость ±5%
Источник тока:	Превосходная долговременная стабильность в диапазоне от 0 до 160 мА
Материал электрода:	Никель (от -100 до 500°C) / платина (от -100 до +1500°C)
Термопары:	Тип K/S/C

* 5% для LSR вкл. Камера-Опция

 

ДОПОЛНЕНИЕ	LSR-4 UPGRADE
Метод постоянного тока Хармана:	Прямое определение ZT на термоэлектрических ножках
Импеданс переменного тока-спектроскопия:	Прямое определение ZT на термоэлектрических модулях (TEG/модуль Пельтье)
Диапазон температур:	от -100 до +400°C RT до +400°C
Держатель образца:	Игольчатые контакты для адиабатических условий измерения
Размер выборки:	от 2 до 5 мм (прямоугольный) и макс. длиной от 23 мм до 6 мм в диаметре и макс. длина 23 мм Модули размером до 50 мм x 50 мм