Introducción
Esta nota de aplicación cubre el análisis del material BiTeSe utilizando el Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.SBA 458 Nemesis® (figura 1). El Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.SBA 458 permite medir tanto el Coeficiente SeebeckEl coeficiente Seebeck es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico.coeficiente Seebeck como la Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica de BiTeSe con gran reproducibilidad y precisión de medida. Esto se demuestra mediante numerosos ejemplos de medición en las siguientes secciones. Además, se dan recomendaciones útiles para ajustar los parámetros de medición.
Diseño de la SBA 458 Nemesis®
Con el Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.SBA 458 Nemesis®, se pueden medir simultáneamente el Coeficiente SeebeckEl coeficiente Seebeck es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico.coeficiente Seebeck y la Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica. La figura 2 muestra el diseño esquemático del Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.SBA 458. La muestra se encuentra en posición horizontal sobre el soporte. A la izquierda y a la derecha hay calentadores en el soporte cerámico de la muestra, con los que se puede generar un gradiente de temperatura en ambas direcciones de la muestra. Los termopares están colocados bajo la superficie inferior de la muestra. Éstos miden la tensión termoeléctrica generada por el gradiente de temperatura. A partir de ahí, se puede calcular el Coeficiente SeebeckEl coeficiente Seebeck es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico.coeficiente Seebeck. Junto a los termopares, debajo de la superficie inferior de la muestra, hay puntos de contacto eléctrico que se utilizan para inyectar corriente en la muestra. La tensión resultante se mide mediante las patas de los termopares. Utilizando esta información junto con las funciones de corrección para la geometría de la muestra, se puede calcular la Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica.
Características principales de la SBA 458 Nemesis®
La SBA 458 Nemesis® tiene algunas características clave que se comentarán brevemente a continuación. Para una descripción detallada de los términos individuales, nuestro representante de ventas estará encantado de ayudarle.
Conectar y medir
El SBA 458 permite medir una gran variedad de geometrías de muestras. Entre ellas se incluyen muestras redondas, muestras de varilla, capas finas, revestimientos y muestras típicas de LFA. El cambio de muestras es un procedimiento rápido y sin complicaciones. Se eliminan las engorrosas mediciones a intervalos u otros pasos de trabajo complicados.
Sistema robusto
El revestimiento de los termopares (tipo K, revestimiento de inconel) evita la reacción o contaminación de la muestra y el termopar. Además, los termopares y los puntos de contacto eléctrico son fijos. Esto elimina cualquier posibilidad de desplazamiento de posición de los termopares y las consiguientes perturbaciones en las mediciones. También permite cambiar fácilmente los termopares y los puntos de contacto eléctrico.
Control de calidad
Es posible realizar un control de calidad tanto para la medición de la Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica como para la determinación del Coeficiente SeebeckEl coeficiente Seebeck es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico.coeficiente Seebeck. De este modo, antes de cada medición y de cada paso de temperatura, se puede determinar si el valor medido es correcto o si, por ejemplo, problemas de contacto entre la muestra y los termopares o algún otro problema pueden haber falseado la medición. Esto permite alcanzar una gran precisión en las mediciones.
Propiedades y campos de aplicación de BiSeTe
El telururo de bismuto pertenece al grupo de los telururos. Es un polvo gris también conocido como telururo de bimuto (III). Se clasifica como semiconductor y puede alearse con antimonio o selenio. En el presente caso, se emplearon muestras de BiSeTe con la composición química Bi2Se0,25Te2,75. Estas muestras tienen una DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de 7,8 g/cm³ (muestras de varilla) y 7,82 g/cm³ (muestras redondas), respectivamente, y son termoeléctricas de tipo N.
La figura 3 representa la figura de mérito de los tres materiales BiTe, PbTe y SiGe. Se puede observar que BiTe exhibe su máximo principalmente en el rango inferior de temperaturas; por lo tanto, es aquí donde se aplica. El BiSeTe se utiliza, por ejemplo, para la función de refrigeración de neveras portátiles.
Mediciones en BiSeTe con el SBA 458
Repetibilidad
Tanto el Coeficiente SeebeckEl coeficiente Seebeck es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico.coeficiente Seebeck como la Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica del BeSeTe pueden medirse con alta repetibilidad mediante el SBA 458. Para determinar la repetibilidad, se mide repetidamente una muestra en las mismas condiciones, es decir, con los mismos parámetros de medición. Después de cada medición, se extrae la muestra y se vuelve a introducir. Como ejemplo para la muestra de BiSeTe, las figuras 4 y 5 muestran siete mediciones tanto del coeficiente Seebeck como de la conductividad eléctrica para la muestra de BiSeTe con unas dimensiones de 3 x 1 x 15 (ancho x alto x largo). Aquí se determinó que la repetibilidad era de ± 2% con respecto a la medición del coeficiente Seebeck, y de ± 1,5% con respecto a la medición de la conductividad eléctrica. Estos valores pueden confirmarse midiendo otras muestras de BiSeTe (es decir, de otras geometrías), así como midiendo en otros instrumentos SBA 458.
Reproducibilidad
Con el SBA 458 es posible medir muestras de BiSeTe con una alta reproducibilidad en lo que respecta al coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica. Esta elevada reproducibilidad es válida independientemente de las diferentes geometrías de las muestras, de una cantidad de muestras large o de la realización de mediciones con diferentes instrumentos SBA 458.
Como ejemplo de ello, se midieron dos muestras de BiSeTe con geometrías diferentes. Para esta prueba se dispuso de una muestra de varilla con unas dimensiones de 3 x 1 x 15 mm (ancho x alto x largo) y una muestra de varilla con un diámetro de 12,5 x 1 mm. Ambas muestras se midieron tres veces cada una y se compararon los valores del coeficiente Seebeck y el valor eléctrico. De este modo se obtuvo una reproducibilidad de ± 2% para la medición tanto del coeficiente Seebeck como de la conductividad eléctrica.
Recomendación de parámetros de medición adecuados
Todas las mediciones de SBA 458 que se muestran aquí se realizaron bajo nitrógeno con un flujo de gas de 50 ml/min. Además, se eligieron como parámetros de medición una inyección de corriente máxima de 0,01 A y una tensión del calentador de 8 V. Estos parámetros han demostrado ser adecuados para las geometrías de muestra empleadas (muestra de varilla de 3 x 1 x 15 mm, muestra redonda con un diámetro de 12,5 x 1 mm).
Dado que los parámetros de medición deben ajustarse en parte en función del material y la geometría de la muestra, a continuación se darán algunos consejos y recomendaciones para seleccionar los parámetros de medición adecuados. Esto incluye la tensión del calentador con la que se genera un gradiente de temperatura en ambas direcciones de la muestra. Además, debe seleccionarse un valor adecuado para la inyección máxima de corriente en la muestra que sirva para medir la conductividad eléctrica. Además, se mostrará qué gases son adecuados para la medición de las muestras de BiSeTe.
Tensión del calentador
Para medir correctamente el coeficiente Seebeck, al seleccionar la tensión del calentador debe tenerse cuidado de que se genere un gradiente de temperatura suficiente (recomendación: ± Delta T de 3 K como mínimo). Esto puede variar en función de la geometría de la muestra. No es necesario tener en cuenta otros criterios.
Inyección de corriente
Al igual que ocurre con la selección de la tensión del calentador, la geometría de la muestra debe tenerse en cuenta a la hora de determinar la inyección de corriente máxima. Al seleccionar un valor adecuado para la inyección de corriente, deben tenerse en cuenta dos aspectos: Por un lado, la inyección de corriente no debe ser lo suficientemente alta como para calentar la muestra, pero por otro lado, la corriente seleccionada debe ser lo suficientemente alta como para permitir la medición de la tensión. Esto se puede comprobar echando un vistazo al diagrama con los valores individuales en el software. Allí se pueden ver cada uno de los tres valores de corriente positivos y negativos (cada uno 1/3, 2/3 y 3/3 de Imax) junto con las tensiones medidas respectivamente. Si se puede reconocer una relación lineal entre la corriente inyectada, I, y la tensión medida, U, entonces se puede medir un valor de conductividad eléctrica significativo.
Gases
Para la medición de una muestra de BiSeTe, cualquiera de los gases permitidos en las especificaciones para el SBA 458 es adecuado.
Resumen
Para BiSeTe, el coeficiente Seebeck puede medirse con una reproducibilidad de ± 2% y la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica con una reproducibilidad de ± 1,5% mediante el SBA 458.
La medición del coeficiente Seebeck y de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de BiSeTe puede realizarse con una reproducibilidad de ± 2% cada una. Esta elevada reproducibilidad es válida independientemente de las diferentes geometrías de las muestras, de una cantidad de muestras large o de la realización de mediciones con diferentes instrumentos SBA 458.