Εισαγωγή
Το παρόν σημείωμα εφαρμογής καλύπτει την ανάλυση του υλικού BiTeSe με τη χρήση του Ηλεκτρική αγωγιμότητα (SBA)Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μια φυσική ιδιότητα που δείχνει την ικανότητα ενός υλικού να επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου. SBA 458 Nemesis® (σχήμα 1). Το Ηλεκτρική αγωγιμότητα (SBA)Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μια φυσική ιδιότητα που δείχνει την ικανότητα ενός υλικού να επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου. SBA 458 επιτρέπει τη μέτρηση τόσο του συντελεστή Seebeck όσο και της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του BiTeSe με υψηλή αναπαραγωγιμότητα και ακρίβεια μέτρησης. Αυτό αποδεικνύεται με πολυάριθμα παραδείγματα μετρήσεων στις επόμενες ενότητες. Επιπλέον, δίνονται χρήσιμες συστάσεις για την προσαρμογή των παραμέτρων μέτρησης.
Σχεδιασμός του SBA 458 Nemesis®
Με το Ηλεκτρική αγωγιμότητα (SBA)Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μια φυσική ιδιότητα που δείχνει την ικανότητα ενός υλικού να επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου. SBA 458 Nemesis®, ο συντελεστής Seebeck και η ηλεκτρική αγωγιμότητα μπορούν να μετρηθούν ταυτόχρονα. Στο σχήμα 2 απεικονίζεται η σχηματική σχεδίαση του Ηλεκτρική αγωγιμότητα (SBA)Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μια φυσική ιδιότητα που δείχνει την ικανότητα ενός υλικού να επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου. SBA 458. Το δείγμα βρίσκεται οριζόντια πάνω στη βάση του δείγματος. Αριστερά και δεξιά υπάρχουν θερμαντήρες στο κεραμικό στήριγμα δείγματος, με τους οποίους μπορεί να δημιουργηθεί βαθμίδα θερμοκρασίας και προς τις δύο κατευθύνσεις του δείγματος. Τα θερμοστοιχεία είναι τοποθετημένα κάτω από την κάτω επιφάνεια του δείγματος. Αυτά μετρούν τη θερμοηλεκτρική τάση που παράγεται από την κλίση θερμοκρασίας. Με βάση αυτό μπορεί να υπολογιστεί ο συντελεστής Seebeck. Δίπλα στα θερμοστοιχεία κάτω από την κάτω επιφάνεια του δείγματος υπάρχουν σημεία ηλεκτρικής επαφής που χρησιμοποιούνται για την έγχυση ρεύματος στο δείγμα. Η προκύπτουσα τάση μετράται μέσω των ποδιών του θερμοζεύγους. Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες μαζί με τις συναρτήσεις διόρθωσης για τη γεωμετρία του δείγματος, μπορεί να υπολογιστεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Βασικά χαρακτηριστικά του SBA 458 Nemesis®
Το SBA 458 Nemesis® έχει ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά τα οποία θα συζητηθούν συνοπτικά στη συνέχεια. Για μια λεπτομερή περιγραφή των επιμέρους όρων, ο αντιπρόσωπος πωλήσεών μας θα χαρεί να σας εξυπηρετήσει.
Plug-and-measure
Με το SBA 458 μπορούν να μετρηθούν διάφορες γεωμετρίες δειγμάτων. Αυτά περιλαμβάνουν στρογγυλά δείγματα, δείγματα ράβδων, λεπτά στρώματα, επιστρώσεις και τυπικά δείγματα LFA. Η αλλαγή των δειγμάτων είναι μια γρήγορη και απλή διαδικασία. Εξαλείφονται οι δυσκίνητες μετρήσεις κατά διαστήματα ή άλλα περίπλοκα στάδια εργασίας.
Στιβαρό σύστημα
Το περίβλημα στα θερμοστοιχεία (επίστρωση τύπου K, inconel) αποτρέπει την αντίδραση ή τη μόλυνση του δείγματος και του θερμοστοιχείου. Επιπλέον, τα θερμοζεύγη και τα σημεία ηλεκτρικής επαφής είναι σταθερά. Αυτό εξαλείφει κάθε πιθανότητα μετατόπισης της θέσης των θερμοστοιχείων και των συνακόλουθων διαταραχών στις μετρήσεις. Αυτό επιτρέπει επίσης την εύκολη αλλαγή των θερμοστοιχείων και των ηλεκτρικών σημείων επαφής.
Έλεγχος ποιότητας
Είναι δυνατή η διενέργεια ελέγχου ποιότητας τόσο για τη μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας όσο και για τον προσδιορισμό του συντελεστή Seebeck. Πριν από κάθε μέτρηση και κάθε βήμα θερμοκρασίας, μπορεί έτσι να διαπιστωθεί αν η μετρούμενη τιμή είναι σωστή ή αν, για παράδειγμα, προβλήματα επαφής μεταξύ του δείγματος και των θερμοζευγών ή κάποιο άλλο πρόβλημα μπορεί να έχει αλλοιώσει τη μέτρηση. Αυτό επιτρέπει την επίτευξη υψηλής ακρίβειας μέτρησης.
Ιδιότητες και εφαρμογές Πεδία του BiSeTe
Το τελλουριούχο βισμούθιο ανήκει στην ομάδα των τελλουριδίων. Είναι μια γκρίζα σκόνη γνωστή επίσης ως τελλουριούχο βισμούθιο(ΙΙΙ). Κατηγοριοποιείται ως ημιαγωγός και μπορεί να κραματωθεί με αντιμόνιο ή σελήνιο. Στην παρούσα περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν δείγματα BiSeTe με χημική σύνθεση Bi2Se0,25Te2,75. Τα δείγματα αυτά έχουν πυκνότητα 7,8 g/cm³ (δείγματα ράβδων) και 7,82 g/cm³ (στρογγυλά δείγματα), αντίστοιχα, και είναι θερμοηλεκτρικά τύπου Ν.
Στο Σχήμα 3 απεικονίζεται το Σχήμα Αξίας των τριών υλικών BiTe, PbTe και SiGe. Φαίνεται ότι το BiTe παρουσιάζει το μέγιστο κυρίως στο χαμηλότερο θερμοκρασιακό εύρος- επομένως, εκεί εφαρμόζεται. Το BiSeTe χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, για τη λειτουργία ψύξης κινητών ψυγείων.
Μετρήσεις σε BiSeTe με το SBA 458
Επαναληψιμότητα
Τόσο ο συντελεστής Seebeck όσο και η ηλεκτρική αγωγιμότητα του BeSeTe μπορούν να μετρηθούν με υψηλή επαναληψιμότητα μέσω του SBA 458. Για τον προσδιορισμό της επαναληψιμότητας, ένα δείγμα μετράται επανειλημμένα υπό τις ίδιες συνθήκες, δηλαδή με τις ίδιες παραμέτρους μέτρησης. Μετά από κάθε μέτρηση, το δείγμα αφαιρείται και εισάγεται εκ νέου. Ως παράδειγμα για το δείγμα BiSeTe, στα σχήματα 4 και 5 παρουσιάζονται επτά μετρήσεις τόσο για τον συντελεστή Seebeck όσο και για την ηλεκτρική αγωγιμότητα για το δείγμα BiSeTe με διαστάσεις 3 x 1 x 15 (w x h x l). Η επαναληψιμότητα προσδιορίστηκε εδώ σε ± 2% όσον αφορά τη μέτρηση του συντελεστή Seebeck και σε ± 1,5% όσον αφορά τη μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Οι τιµές αυτές µπορούν να επιβεβαιωθούν µε τη µέτρηση άλλων δειγµάτων BiSeTe (δηλ. άλλων γεωµετριών) καθώς και µε τη µέτρηση σε άλλα όργανα SBA 458.
Αναπαραγωγιμότητα
Με το SBA 458 είναι δυνατή η μέτρηση δειγμάτων BiSeTe με υψηλή αναπαραγωγιμότητα όσον αφορά τον συντελεστή Seebeck και την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτή η υψηλή αναπαραγωγιμότητα ισχύει ανεξάρτητα από διαφορετικές γεωμετρίες δειγμάτων, ποσότητα δειγμάτων large ή την εφαρμογή μετρήσεων με διαφορετικά όργανα SBA 458.
Ως παράδειγμα, μετρήθηκαν δύο δείγματα BiSeTe με διαφορετικές γεωμετρίες. Για τη δοκιμή αυτή ήταν διαθέσιμο ένα δείγμα ράβδου με διαστάσεις 3 x 1 x 15 mm (w x h x l) και ένα δείγμα ράβδου με διάμετρο 12,5 x 1 mm. Και τα δύο δείγματα μετρήθηκαν τρεις φορές το καθένα και συγκρίθηκαν οι τιμές του συντελεστή Seebeck και της ηλεκτρικής τιμής. Έτσι προέκυψε αναπαραγωγιμότητα ± 2% για τη μέτρηση τόσο του συντελεστή Seebeck όσο και της ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
Σύσταση κατάλληλων παραμέτρων μέτρησης
Όλες οι μετρήσεις του SBA 458 που παρουσιάζονται εδώ πραγματοποιήθηκαν υπό άζωτο με ροή αερίου 50 ml/min. Επιπλέον, ως παράμετροι μέτρησης επιλέχθηκαν μέγιστο ρεύμα έγχυσης 0,01 A και τάση θέρμανσης 8 V. Οι παράμετροι αυτές αποδείχθηκαν κατάλληλες για τις γεωμετρίες των δειγμάτων που χρησιμοποιήθηκαν (δείγμα ράβδου 3 x 1 x 15 mm, στρογγυλό δείγμα με διάμετρο 12,5 x 1 mm).
Δεδομένου ότι οι παράμετροι μέτρησης πρέπει να προσαρμόζονται εν μέρει σε συνάρτηση με το υλικό και τη γεωμετρία του δείγματος, θα δοθούν στη συνέχεια ορισμένες συμβουλές και συστάσεις για τις selectκατάλληλες παραμέτρους μέτρησης. Αυτό περιλαμβάνει την τάση του θερμαντήρα με την οποία δημιουργείται βαθμίδα θερμοκρασίας και προς τις δύο κατευθύνσεις του δείγματος. Επιπλέον, θα πρέπει να selected μια κατάλληλη τιμή για τη μέγιστη έγχυση ρεύματος στο δείγμα που θα χρησιμεύσει για τη μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Επιπλέον, θα δειχθεί ποια αέρια είναι κατάλληλα για τη μέτρηση των δειγμάτων BiSeTe.
Τάση θερμαντήρα
Για τη σωστή µέτρηση του συντελεστή Seebeck, πρέπει να ληφθεί µέριµνα κατά την selectρύθµιση της τάσης θέρµανσης ώστε να δηµιουργείται επαρκής κλίση θερµοκρασίας (σύσταση: ± Delta T τουλάχιστον 3 K). Αυτό μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τη γεωμετρία του δείγματος. Περαιτέρω κριτήρια δεν χρειάζεται να ληφθούν υπόψη.
Έγχυση ρεύματος
Όπως και στην περίπτωση της τάσης θέρμανσης select, η γεωμετρία του δείγματος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον καθορισμό της μέγιστης έγχυσης ρεύματος. Όταν selectμια κατάλληλη τιμή για την έγχυση ρεύματος, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη δύο ζητήματα: Από τη μία πλευρά, η έγχυση ρεύματος δεν πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε να θερμαίνεται το δείγμα, αλλά από την άλλη πλευρά, το selectρεύμα πρέπει να είναι αρκετά υψηλό ώστε να είναι δυνατή η μέτρηση της τάσης. Αυτό μπορεί να ελεγχθεί με μια ματιά στο διάγραμμα με τις επιμέρους τιμές στο λογισμικό. Εκεί, κάθε μία από τις τρεις θετικές και αρνητικές τιμές ρεύματος (κάθε 1/3, 2/3 και 3/3 του Imax) μπορεί να δει κανείς μαζί με τις αντίστοιχα μετρούμενες τάσεις. Εάν μπορεί να αναγνωριστεί μια γραμμική σχέση μεταξύ του εγχυόμενου ρεύματος, I, και της μετρούμενης τάσης, U, τότε μπορεί να μετρηθεί μια ουσιαστική τιμή ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
Αέρια
Για τη μέτρηση ενός δείγματος BiSeTe, είναι κατάλληλο οποιοδήποτε από τα αέρια που επιτρέπονται στις προδιαγραφές του SBA 458.
Περίληψη
Για το BiSeTe, ο συντελεστής Seebeck μπορεί να μετρηθεί με επαναληψιμότητα ± 2% και η θερμική αγωγιμότητα με επαναληψιμότητα ± 1,5% μέσω του SBA 458.
Η µέτρηση του συντελεστή Seebeck καθώς και της θερµικής αγωγιµότητας του BiSeTe µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε επαναληψιµότητα ± 2% έκαστη. Αυτή η υψηλή αναπαραγωγιμότητα ισχύει ανεξάρτητα από διαφορετικές γεωμετρίες δειγμάτων, ποσότητα δειγμάτων large ή την εκτέλεση μετρήσεων με διαφορετικά όργανα SBA 458.