Johdanto
Tässä sovellusohjeessa käsitellään BiTeSe-materiaalin analysointia Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.SBA 458 Nemesis® -laitteella (kuva 1). Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.SBA 458 -laitteella voidaan mitata sekä BiTeSe-materiaalin Seebeck-kerroinSeebeck-kerroin on indusoidun lämpösähköisen jännitteen ja sähköjohtimen kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde.Seebeck-kerroin että Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.sähkönjohtavuus suurella toistettavuudella ja mittaustarkkuudella. Tämä osoitetaan seuraavissa kohdissa lukuisten mittausesimerkkien avulla. Lisäksi annetaan hyödyllisiä suosituksia mittausparametrien säätämiseksi.
SBA 458:n rakenne Nemesis®
Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.SBA 458 Nemesis®-laitteella voidaan mitata Seebeck-kerroinSeebeck-kerroin on indusoidun lämpösähköisen jännitteen ja sähköjohtimen kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde.Seebeck-kerroin ja Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.sähkönjohtavuus samanaikaisesti. Kuvassa 2 on esitetty Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.SBA 458:n kaaviomalli. Näyte on vaakasuorassa näytetuen päällä. Vasemmalla ja oikealla on keraamisessa näytetelineessä lämmittimet, joiden avulla voidaan luoda lämpötilagradientti molempiin näytteen suuntiin. Termoparit on sijoitettu näytteen alapinnan alle. Ne mittaavat lämpötilagradientin synnyttämää termosähköistä jännitettä. Tämän perusteella voidaan laskea Seebeck-kerroinSeebeck-kerroin on indusoidun lämpösähköisen jännitteen ja sähköjohtimen kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde.Seebeck-kerroin. Näytteen alapinnan alapuolella olevien termoparien vieressä on sähköisiä kosketuspisteitä, joita käytetään virran syöttämiseen näytteeseen. Syntyvä jännite mitataan termoparin jalkojen avulla. Näiden tietojen ja näytteen geometriaa koskevien korjaustoimintojen avulla voidaan laskea Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.sähkönjohtavuus.
SBA 458:n tärkeimmät ominaisuudet Nemesis®
SBA 458 Nemesis® -ohjelmalla on joitakin keskeisiä ominaisuuksia, joita käsitellään lyhyesti seuraavassa. Jos haluat yksityiskohtaisen kuvauksen yksittäisistä ehdoista, myyntiedustajamme auttaa sinua mielellään.
Plug-and-measure
SBA 458:lla voidaan mitata erilaisia näytegeometrioita. Näihin kuuluvat pyöreät näytteet, sauvanäytteet, ohuet kerrokset, pinnoitteet ja tyypilliset LFA-näytteet. Näytteiden vaihtaminen on nopea ja mutkaton toimenpide. Hankalat intervallimittaukset tai muut monimutkaiset työvaiheet jäävät pois.
Vankka järjestelmä
Lämpöparien vaippa (tyyppi K, inconel-pinnoite) estää näytteen ja lämpöparin reagoinnin tai kontaminaation. Lisäksi termoparit ja sähköiset kosketuspisteet ovat kiinteitä. Tämä estää lämpöparien asennon siirtymisen ja siitä johtuvat häiriöt mittauksissa. Tämä mahdollistaa myös sen, että termoparit ja sähköiset kosketuspisteet voidaan vaihtaa helposti.
Laadun tarkistus
Sekä sähkönjohtavuuden mittauksen että Seebeck-kertoimen määrittämisen laadunvalvonta on mahdollista suorittaa. Ennen jokaista mittausta ja jokaista lämpötilavaihetta voidaan näin määrittää, onko mitattu arvo oikea vai onko esimerkiksi näytteen ja termoparien väliset kosketusongelmat tai jokin muu ongelma vääristänyt mittauksen. Näin voidaan saavuttaa suuri mittaustarkkuus.
BiSeTe:n ominaisuudet ja sovellukset BiSeTe:n alat
Vismuttitelluridi kuuluu telluridien ryhmään. Se on harmaata jauhetta, joka tunnetaan myös nimellä bismutti(III)telluridi. Se luokitellaan puolijohteeksi, ja sitä voidaan seostaa antimonin tai seleenin kanssa. Tässä tapauksessa käytettiin BiSeTe-näytteitä, joiden kemiallinen koostumus oli Bi2Se0,25Te2,75. Näiden näytteiden TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys on 7,8 g/cm³ (sauvanäytteet) ja 7,82 g/cm³ (pyöreät näytteet), ja ne ovat N-tyypin termoelektrisiä.
Kuvassa 3 esitetään kolmen materiaalin, BiTe:n, PbTe:n ja SiGe:n, ansiolukuja. Voidaan havaita, että BiTe:n maksimi on pääasiassa alemmalla lämpötila-alueella, joten sitä käytetään juuri siellä. BiSeTe:tä käytetään esimerkiksi siirrettävien jäähdytyslaitteiden jäähdytystoimintoon.
BiSeTe:n mittaukset SBA 458 -laitteella
Toistettavuus
Sekä BeSeTe:n Seebeck-kerroinSeebeck-kerroin on indusoidun lämpösähköisen jännitteen ja sähköjohtimen kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde.Seebeck-kerroin että Sähkönjohtavuus (SBA)Sähkönjohtavuus on fysikaalinen ominaisuus, joka ilmaisee materiaalin kykyä siirtää sähkövarausta.sähkönjohtavuus voidaan mitata hyvin toistettavasti SBA 458 -laitteella. Toistettavuuden määrittämiseksi näyte mitataan toistuvasti samoissa olosuhteissa eli samoilla mittausparametreilla. Jokaisen mittauksen jälkeen näyte otetaan pois ja asetetaan uudelleen. Esimerkkinä BiSeTe-näytteestä kuvissa 4 ja 5 esitetään seitsemän Seebeck-kertoimen ja sähkönjohtavuuden mittausta BiSeTe-näytteestä, jonka mitat ovat 3 x 1 x 15 (leveys x korkeus x pituus). Toistettavuus määritettiin tässä yhteydessä ± 2 prosentiksi Seebeck-kertoimen mittauksen osalta ja ± 1,5 prosentiksi sähkönjohtavuuden mittauksen osalta. Nämä arvot voidaan vahvistaa mittaamalla muita BiSeTe-näytteitä (esim. muita geometrioita) sekä mittaamalla muilla SBA 458 -laitteilla.
Uusittavuus
SBA 458:lla on mahdollista mitata BiSeTe-näytteitä hyvin toistettavasti Seebeckin kertoimen ja sähkönjohtavuuden osalta. Tämä korkea toistettavuus pätee riippumatta näytteiden erilaisista geometrioista, large näytteiden määrästä tai mittausten suorittamisesta eri SBA 458 -laitteilla.
Esimerkkinä tästä mitattiin kaksi BiSeTe-näytettä, joilla oli erilainen geometria. Testiä varten oli käytettävissä sauvanäyte, jonka mitat olivat 3 x 1 x 15 mm (leveys x korkeus x pituus), ja sauvanäyte, jonka halkaisija oli 12,5 x 1 mm. Molemmat näytteet mitattiin kolme kertaa kumpikin, ja Seebeck-kertoimen ja sähköisen arvon arvoja verrattiin keskenään. Näin saatiin ± 2 prosentin toistettavuus sekä Seebeckin kertoimen että sähkönjohtavuuden mittauksessa.
Sopivien mittausparametrien suositus
Kaikki tässä esitetyt SBA 458 -mittaukset tehtiin typen kanssa kaasuvirralla 50 ml/min. Lisäksi mittausparametreiksi valittiin 0,01 A:n maksimivirtainjektio ja 8 V:n lämmitinjännite. Nämä parametrit ovat osoittautuneet sopiviksi käytetyille näytegeometrioille (sauvanäyte 3 x 1 x 15 mm, pyöreä näyte, jonka halkaisija on 12,5 x 1 mm).
Koska mittausparametreja on säädettävä osittain näytteen materiaalin ja geometrian mukaan, seuraavassa annetaan joitakin vinkkejä ja suosituksia sopivien mittausparametrien valitsemiseksi. Tähän sisältyy lämmittimen jännite, jolla luodaan lämpötilagradientti molempiin näytteen suuntiin. Lisäksi olisi valittava sopiva arvo näytteeseen syötettävälle enimmäisvirralle, jota käytetään sähkönjohtavuuden mittaamiseen. Lisäksi osoitetaan, mitkä kaasut soveltuvat BiSeTe-näytteiden mittaamiseen.
Lämmittimen jännite
Seebeck-kertoimen oikeaa mittausta varten lämmitinjännitettä valittaessa on huolehdittava siitä, että syntyy riittävä lämpötilagradientti (suositus: ± Delta T vähintään 3 K). Tämä voi vaihdella näytteen geometriasta riippuen. Muita kriteerejä ei tarvitse ottaa huomioon.
Virran syöttö
Kuten lämmitinjännitteen valinnassa, näytteen geometria on otettava huomioon määritettäessä enimmäisvirran injektiota. Kun valitaan sopivaa arvoa virtainjektoinnille, on siis pidettävä mielessä kaksi asiaa: Yhtäältä virran injektio ei saa olla niin suuri, että näyte kuumenee, mutta toisaalta valitun virran on oltava riittävän suuri, jotta jännite voidaan mitata. Tämä voidaan tarkistaa vilkaisemalla kaaviota, jossa on yksittäiset arvot ohjelmistossa. Siellä näkyy jokainen kolmesta positiivisesta ja negatiivisesta virta-arvosta (1/3, 2/3 ja 3/3 Imax:sta) sekä vastaavasti mitatut jännitteet. Jos syötetyn virran I ja mitatun jännitteen U välillä voidaan havaita lineaarinen suhde, voidaan mitata mielekäs sähkönjohtavuusarvo.
Kaasut
BiSeTe-näytteen mittaamiseen soveltuvat kaikki SBA 458 -laitteen eritelmissä sallitut kaasut.
Yhteenveto
BiSeTe:n Seebeck-kerroinSeebeck-kerroin on indusoidun lämpösähköisen jännitteen ja sähköjohtimen kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde.Seebeck-kerroin voidaan mitata ± 2 prosentin toistettavuudella ja LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus ± 1,5 prosentin toistettavuudella SBA 458 -laitteella.
BiSeTe:n Seebeck-kerroin ja LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus voidaan mitata ± 2 prosentin toistettavuudella. Tämä korkea toistettavuus pätee riippumatta erilaisista näytegeometrioista, large näytemäärästä tai mittausten suorittamisesta eri SBA 458 -laitteilla.