Introduction
Cette note d'application couvre l'analyse du matériau BiTeSe à l'aide du Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique. SBA 458 Nemesis® (figure 1). Le Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique. SBA 458 permet de mesurer à la fois le Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck et la Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique.conductivité électrique de BiTeSe avec une reproductibilité et une précision de mesure élevées. Ceci est démontré à l'aide de nombreux exemples de mesures dans les sections suivantes. En outre, des recommandations utiles pour l'ajustement des paramètres de mesure sont données.
Conception du SBA 458 Nemesis®
Avec le Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique. SBA 458 Nemesis®, le Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck et la Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique.conductivité électrique peuvent être mesurés simultanément. La figure 2 illustre la conception schématique du Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique. SBA 458. L'échantillon repose horizontalement sur le support d'échantillon. À gauche et à droite se trouvent des éléments chauffants dans le support d'échantillon en céramique, qui permettent de générer un gradient de température dans les deux directions de l'échantillon. Les thermocouples sont placés sous la surface inférieure de l'échantillon. Ils mesurent la tension thermoélectrique générée par le gradient de température. Sur cette base, le Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck peut être calculé. À côté des thermocouples, sous la surface inférieure de l'échantillon, se trouvent des points de contact électriques qui permettent d'injecter du courant dans l'échantillon. La tension qui en résulte est mesurée à l'aide des pattes du thermocouple. En utilisant cette information ainsi que les fonctions de correction pour la géométrie de l'échantillon, la Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique.conductivité électrique peut être calculée.
Principales caractéristiques du SBA 458 Nemesis®
Le SBA 458 Nemesis® présente quelques caractéristiques essentielles qui seront brièvement évoquées dans les lignes qui suivent. Pour une description détaillée des différents termes, notre représentant commercial se fera un plaisir de vous aider.
Plug-and-measure
Le SBA 458 permet de mesurer une grande variété de géométries d'échantillons. Il s'agit notamment d'échantillons ronds, d'échantillons en bâtonnets, de couches minces, de revêtements et d'échantillons LFA typiques. Le remplacement des échantillons est une procédure rapide et simple. Les mesures d'intervalle fastidieuses ou d'autres étapes de travail compliquées sont éliminées.
Système robuste
La gaine des thermocouples (type K, revêtement en inconel) empêche toute réaction ou contamination de l'échantillon et du thermocouple. En outre, les thermocouples et les points de contact électrique sont fixes. Cela élimine toute possibilité de déplacement des thermocouples et les perturbations qui en résultent pour les mesures. Cela permet également de remplacer facilement les thermocouples et les points de contact électriques.
Contrôle de qualité
Il est possible d'effectuer un contrôle de qualité tant pour la mesure de la Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique.conductivité électrique que pour la détermination du Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck. Avant chaque mesure et chaque étape de température, il est ainsi possible de déterminer si la valeur mesurée est correcte ou si, par exemple, des problèmes de contact entre l'échantillon et les thermocouples ou un autre problème ont faussé la mesure. Cela permet d'obtenir une grande précision de mesure.
Propriétés et applications Champs d'application du BiSeTe
Le tellurure de bismuth appartient au groupe des tellurures. Il s'agit d'une poudre grise également connue sous le nom de tellurure de bimuth(III). Il est considéré comme un semi-conducteur et peut être allié à l'antimoine ou au sélénium. Dans le cas présent, des échantillons de BiSeTe de composition chimique Bi2Se0,25Te2,75 ont été utilisés. Ces échantillons ont une densité de 7,8 g/cm³ (échantillons en bâtonnets) et de 7,82 g/cm³ (échantillons ronds), respectivement, et sont des thermoélectriques de type N.
La figure 3 illustre la figure de mérite des trois matériaux BiTe, PbTe et SiGe. On constate que le BiTe atteint son maximum principalement dans la plage des basses températures ; c'est donc dans cette plage qu'il est utilisé. Le BiSeTe est utilisé, par exemple, pour la fonction de refroidissement des glacières mobiles.
Mesures sur BiSeTe avec le SBA 458
Répétabilité
Le Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck et la Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique.conductivité électrique du BeSeTe peuvent être mesurés avec une grande répétabilité au moyen du SBA 458. Pour déterminer la répétabilité, un échantillon est mesuré à plusieurs reprises dans les mêmes conditions, c'est-à-dire avec les mêmes paramètres de mesure. Après chaque mesure, l'échantillon est retiré et réinséré. À titre d'exemple pour l'échantillon de BiSeTe, les figures 4 et 5 montrent sept mesures du coefficient Seebeck et de la conductivité électrique pour l'échantillon de BiSeTe de dimensions 3 x 1 x 15 (l x h x l). La répétabilité a été déterminée à ± 2 % pour la mesure du coefficient Seebeck et à ± 1,5 % pour la mesure de la conductivité électrique. Ces valeurs peuvent être confirmées par la mesure d'autres échantillons de BiSeTe (c'est-à-dire d'autres géométries) ainsi que par la mesure sur d'autres instruments SBA 458.
Reproductibilité
Avec le SBA 458, il est possible de mesurer des échantillons de BiSeTe avec une grande reproductibilité en ce qui concerne le coefficient Seebeck et la conductivité électrique. Cette reproductibilité élevée s'applique indépendamment des différentes géométries d'échantillons, d'une quantité d'échantillons ( large ) ou de la réalisation de mesures avec différents instruments SBA 458.
À titre d'exemple, deux échantillons de BiSeTe de géométries différentes ont été mesurés. Un échantillon de tige de 3 x 1 x 15 mm (l x h x l) et un échantillon de tige d'un diamètre de 12,5 x 1 mm étaient disponibles pour ce test. Les deux échantillons ont été mesurés trois fois chacun et les valeurs du coefficient Seebeck et de la valeur électrique ont été comparées. La reproductibilité de la mesure du coefficient Seebeck et de la conductivité électrique est de ± 2 %.
Recommandation de paramètres de mesure appropriés
Toutes les mesures de SBA 458 présentées ici ont été effectuées sous azote avec un débit de gaz de 50 ml/min. En outre, une injection de courant maximale de 0,01 A et une tension de chauffage de 8 V ont été choisies comme paramètres de mesure. Ces paramètres se sont avérés adaptés aux géométries d'échantillons utilisées (échantillon de tige de 3 x 1 x 15 mm, échantillon rond d'un diamètre de 12,5 x 1 mm).
Étant donné que les paramètres de mesure doivent être ajustés en partie en fonction du matériau et de la géométrie de l'échantillon, quelques conseils et recommandations pour le choix des paramètres de mesure appropriés seront donnés dans ce qui suit. Il s'agit notamment de la tension de l'élément chauffant avec laquelle un gradient de température est généré dans les deux directions de l'échantillon. En outre, il convient de sélectionner une valeur appropriée pour l'injection maximale de courant dans l'échantillon afin de mesurer la conductivité électrique. En outre, nous montrerons quels gaz conviennent à la mesure des échantillons de BiSeTe.
Tension de chauffage
Pour une mesure correcte du coefficient Seebeck, il convient de veiller, lors de la sélection de la tension de chauffage, à générer un gradient de température suffisant (recommandation : ± Delta T d'au moins 3 K). Ce gradient peut varier en fonction de la géométrie de l'échantillon. D'autres critères ne doivent pas être pris en considération.
Injection de courant
Comme pour la sélection de la tension du chauffage, la géométrie de l'échantillon doit être prise en considération lors de la détermination de l'injection maximale de courant. Lors de la sélection d'une valeur appropriée pour l'injection de courant, il faut donc garder à l'esprit deux aspects : D'une part, l'injection de courant ne doit pas être suffisamment élevée pour chauffer l'échantillon, mais d'autre part, le courant sélectionné doit être suffisamment élevé pour permettre la mesure de la tension. Pour s'en assurer, il suffit de jeter un coup d'œil au diagramme des valeurs individuelles dans le logiciel. On peut y voir chacune des trois valeurs de courant positives et négatives (chacune 1/3, 2/3 et 3/3 de Imax) ainsi que les tensions respectivement mesurées. Si une relation linéaire peut être reconnue entre le courant injecté, I, et la tension mesurée, U, alors une valeur de conductivité électrique significative peut être mesurée.
Gaz
Pour la mesure d'un échantillon de BiSeTe, tous les gaz autorisés dans les spécifications du SBA 458 conviennent.
Résumé
Pour le BiSeTe, le coefficient Seebeck peut être mesuré avec une répétabilité de ± 2% et la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique avec une répétabilité de ± 1,5% au moyen du SBA 458.
La mesure du coefficient Seebeck et de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique du BiSeTe peut être réalisée avec une reproductibilité de ± 2% chacun. Cette reproductibilité élevée s'applique indépendamment des différentes géométries d'échantillons, d'une quantité d'échantillons ( large ) ou de la réalisation de mesures avec différents instruments SBA 458.