Einleitung
Zur Weiterentwicklung und Optimierung thermoelektrischer Materialien ist es erforderlich, diese im Hinblick auf die thermophysikalischen und thermoelektrischen Eigenschaften zu untersuchen. Neben den Laserflash-Geräten steht nun auch die SBA 458 Nemesis® (Abbildung 1) zur simultanen Messung der elektrischen Leitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten zur Verfügung. Die SBA 458 Nemesis® zeichnet sich durch viele Besonderheiten in Bezug auf die einfache Anwendung und eine hohe Messgenauigkeit aus.
Messbeispiel
Ziel bei der Entwicklung leistungsfähiger thermoelektrischer Materialien ist eine geringe WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit und hohe Werte für die elektrische Leitfähigkeit und den Seebeck-Koeffizienten. Aufgrund dieser Tatsache lassen sich die Eigenschaften thermoelektrischer Materialien vergleichsweise einfach bestimmen. Je höher das Messsignal, desto geringer wirken sich Randeffekte aus. Gleichzeitig ist die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit thermoelektrischer Materialien gering, was dazu beiträgt, eine homogene Temperaturverteilung innerhalb der Probe zu gewährleisten. Ist die Probe hingegen sehr gut wärmeleitend und weist die Probe nur einen geringen thermoelektrischen Effekt auf, stellen sich die Messungen etwas schwieriger dar. Geringste Unsymmetrien oder schlechte thermische Anbindung an die Heizplatten können dazu führen, dass sich inhomogene Temperaturprofile innerhalb der Probe ausbilden, die zu erhöhten Messunsicherheiten führen. Vor diesem Hintergrund ist reines Nickel ein oft verwendetes Material für Genauigkeitstests an Seebeck- Apparaturen.
Die Abbildung 2 zeigt Messungen an reinem Nickel im Vergleich zu Literaturdaten. Es wird deutlich, dass die mit der SBA 458 ermittelten Messpunkte sehr gut mit den Literaturdaten übereinstimmen und alle im Bereich ±5 % liegen. Damit liegt die SBA 458 in Bezug auf die Messunsicherheit selbst bei sehr schwer zu messenden Materialien wie Nickel noch besser als die Spezifikation.
Zusammenfassung
Nur durch den komplexen Messaufbau mit zwei zusätzlichen Heizsystemen, den durch Federn variabel einstellbaren Anpressdruck und der von unten geführten und fixierten Stromspitzen und Mantelthermoelementen ist es nun möglich, auch Materialien mit sehr geringem Seebeck-Koeffizienten und vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit zu messen.