SBA 458 Nemesis®
Methode und Technik zur Charakterisierung thermoelektrischer Materialien
Highlights
Methode und Technik zur Bestimmung des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit
Die SBA 458 Nemesis® zeichnet sich durch ihre außergewöhnliche Messanordnung aus, die es ermöglicht, eine größere Vielfalt an Probengeometrien zur Bestimmung des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit zu untersuchen als je zuvor. Messungen können dabei bei Temperaturen von bis zu 1100 °C durchgeführt werden.
Ein weiterer Vorteil der SBA 458 Nemesis® ist der schnelle und einfache Probenwechsel, der ohne den Einsatz von Werkzeugen erfolgt. Durch die Verwendung von Mantel-Thermoelementen wird ein Verkleben der Thermoelemente mit der Probe verhindert, sodass diese beim Ausbau der Probe nicht beschädigt werden.
Darüber hinaus verfügt die SBA 458 Nemesis® über ein integriertes Qualitätssicherungssystem, das auf einem einzigartigen Doppel-Heizsystem basiert. An beiden Enden der Probe befinden sich robuste Heizelemente, die bei jedem Temperaturschritt einen Temperaturgradienten in beide Richtungen erzeugen. Während des gesamten Messzyklus werden sowohl die Thermospannung als auch der Temperaturgradient kontinuierlich gemessen und miteinander verglichen. Dadurch lassen sich fehlerhafte Messungen, die beispielsweise durch Inhomogenitäten der Probe oder schlechte Kontaktierung entstehen, anhand eines nichtlinearen Kurvenverlaufs oder Hysteresen sofort erkennen.
Da die Position der Thermoelemente festgelegt ist, entfällt die aufwendige Bestimmung ihres Abstands vor jeder Messung. Dadurch wird eine potenzielle Fehlerquelle eliminiert, was die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse erheblich verbessert.
Das Design der SBA 458 Nemesis® ist äußerst zuverlässig und robust, wodurch Diffusionsprobleme vermieden werden. Die Thermoelemente werden mittels Federn mit einer definierten Anpresskraft an der Probe fixiert, und eine mechanische Führung sorgt dafür, dass die Position der Thermoelemente stabil bleibt. Die Ummantelung der Thermoelemente verhindert zudem Diffusionsvorgänge zwischen den Materialien der Probe und der Thermoelemente.
Methode
SBA 458 Nemesis® - Eine neue Methode mit innovativem Design
Die SBA 458 Nemesis® stellt eine völlig neue Methode für die Bestimmung des Seebeck-Koeffizienten (S) und der elektrischen Leitfähigkeit (σ) dar. Der neuartige Aufbau sowie das intelligente und praktische Design bieten eine Reihe einmaliger Vorteile. Durch die Eliminierung der Nachteile, die konventionelle Methoden von Haus aus mit sich bringen, ist eine zuverlässige und genaue Bestimmung der beiden thermophysikalischen Eigenschaften S and σ gegeben.
Die elektrische Leitfähigkeit wird mittels 4-Punkt-Methode anhand von Stromkontakten und Thermoelementen an der Probenunterseite bestimmt. Unterhalb der beiden Probenenden sind Mikroheizer angebracht, die Temperaturgradienten in beide Probenrichtungen erzeugen. Die resultierende SpannungSpannung ist definiert als Kraftniveau, das auf eine Probe mit definiertem Querschnitt aufgebracht wird (Spannung = Kraft/Fläche). Proben mit runden oder rechteckigen Querschnitten können komprimiert oder gestreckt werden. Elastische Materialien, wie Elastomere, können bis um das 5- oder 10-fache ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden.Spannung wird mittels Thermoelementdrähten gemessen und anschließend für die Berechnung des Seebeck-Koeffizienten herangezogen.
Durch Kombination der SBA 458 Nemesis® mit unseren Laser-/Light-Flash-Apparaturen, Differenz-Kalorimetern und Dilatometer-Systemen sind wir nun in der Lage, Komplettlösungen zur Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaften zu liefern, wie:
- Seebeck-Koeffizient (S)
- Elektrische Leifähigkeit (σ)
- 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 (λ)/TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit (a)
- DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte (ρ)
- Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.Spezifische Wärmekapazität (cp)
Seebeck-Koeffizient
Zwei Mikroheizer, die abwechselnd betrieben werden, erzeugen Temperaturgradienten in beide Probenrichtungen. Während der zyklischen Aufheizung werden die resultierenden Spannungen (UA, UB) gemessen. UA und UB sind die Spannungen zwischen den zwei positiven und den zwei negativen Thermoelement-Schenkeln, die gegen den Temperaturunterschied (ΔT; für beide Richtungen) aufgetragen werden. ΔT wird mittels der zwei Thermoelemente (Plot A) bestimmt.
Aus der großen Anzahl resultierender Messpunkte können Regressionsgeraden gebildet werden. Aus deren Verlauf lassen sich Rückschlüsse auf die Güte der jeweiligen Messung ziehen:
- Alle Messpunkte liegen auf einer Geraden → erfolgreich durchgeführte Messung (siehe Plot A)
- Abweichung der Messpunkte von der Geraden, z. B. Hysterese → schlechte Messung
Elektrische Leitfähigkeit
Bei jedem Temperaturschritt werden verschiedene Ströme über die beiden Stromkontakte mehrfach auf die Probe aufgebracht. Dies geschieht in beide Probenrichtungen; die entsprechenden Spannungen (UA, UB) werden gemessen (Plot B).
Dadurch ergibt sich eine große Anzahl an Messpunkten, die eine Qualitätsprüfung vor und während der Messung aller Temperaturstufen erlauben:
- Alle Messpunkte liegen auf einer Geraden und die zwei Kurven liegen übereinander → erfolgreich durchgeführte Messung (siehe Plot B)
- Abweichung der Messpunkte von der Geraden oder die zwei Kurven stimmen nicht überein → schlechte Messung
Spezifikationen
| SBA 458 Nemesis® | |
|---|---|
| Design | Zwei-Heizer-System, integrierte Qualitätsprüfung (Quality Check), horizontale Probenanordnung |
| Temperaturbereiche der austauschbaren Öfen |
|
| Temperatureinstellungen | Unbegrenzte Anzahl an Temperaturschritten |
| Thermoelemente |
|
| Probendimensionen |
|
| Probengeometrien | Quadratisch, rund, rechteckig, Streifen |
| Messbereich Seebeck-Koeffizient |
|
| Messbereich elektrische Leitfähigkeit |
|
| Qualitätsprüfung der elektrischen Leitfähigkeit | Vor und während der Messung |
| Qualitätsprüfung der Seebeck-Messung | Vor und während der Messung |
| Anzahl der automatisch gemittelten Messwerte | ≥ 100 |
| Atmosphäre | Inert, oxidierend, reduzierend (max. 2 % H2) |
| Vakuum | 10-2 mbar |
| Software | Basierend auf Windows 7, 32-/64-bit |
Erfahren Sie noch mehr:
Broschüren und Datenblätter
Proven Excellence im Service
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Software
Alle Software-Features auf einen Blick
Die einfach zu bedienende Software basiert auf Windows 7, 64-bit und sorgt für die automatische Messung des Seebeck Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit bei jedem Temperaturschritt.
Die Qualitätsüberprüfung (Seebeck-Koeffizient) sowie die Möglichkeit zur Testmessung der elektrischen Leitfähigkeit (U-I-Diagramm) sind integriert.
Alle Messdaten können einfach exportiert werden.
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