Introduzione
Questa nota applicativa riguarda l'analisi del materiale BiTeSe utilizzando l'SBA 458 Nemesis® (figura 1). L'SBA 458 consente di misurare sia il Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck che la conducibilità elettrica del BiTeSe con un'elevata riproducibilità e precisione di misura. Ciò è dimostrato da numerosi esempi di misura nelle sezioni seguenti. Inoltre, vengono fornite utili raccomandazioni per la regolazione dei parametri di misura.
Progettazione dell'SBA 458 Nemesis®
Con l'SBA 458 Nemesis® è possibile misurare contemporaneamente il Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck e la Conduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica.conduttività elettrica. La Figura 2 illustra la struttura schematica dell'SBA 458. Il campione è posizionato orizzontalmente sul supporto del campione. A sinistra e a destra sono presenti dei riscaldatori nel supporto ceramico del campione, con i quali è possibile generare un gradiente di temperatura in entrambe le direzioni del campione. Le termocoppie sono posizionate sotto la superficie inferiore del campione. Queste misurano la tensione termoelettrica generata dal gradiente di temperatura. Su questa base, è possibile calcolare il Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck. Accanto alle termocoppie, sotto la superficie inferiore del campione, si trovano punti di contatto elettrici che vengono utilizzati per iniettare corrente nel campione. La tensione risultante viene misurata per mezzo delle termocoppie. Utilizzando queste informazioni e le funzioni di correzione per la geometria del campione, è possibile calcolare la Conduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica.conduttività elettrica.
Caratteristiche principali dell'SBA 458 Nemesis®
LoConduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica. SBA 458 Nemesis® presenta alcune caratteristiche chiave che verranno brevemente illustrate di seguito. Per una descrizione dettagliata dei singoli termini, il nostro rappresentante sarà lieto di assistervi.
Plug-and-measure
Con l'SBA 458 è possibile misurare una varietà di geometrie di campioni. Si tratta di campioni rotondi, campioni a bastoncino, strati sottili, rivestimenti e campioni LFA tipici. La sostituzione dei campioni è una procedura rapida e semplice. Vengono eliminate le lunghe misurazioni a intervalli o altre fasi di lavoro complicate.
Sistema robusto
La guaina delle termocoppie (tipo K, rivestimento in inconel) impedisce la reazione o la contaminazione del campione e della termocoppia. Inoltre, le termocoppie e i punti di contatto elettrico sono fissi. In questo modo si elimina la possibilità di spostamenti di posizione delle termocoppie e di conseguenti disturbi alle misure. Inoltre, le termocoppie e i punti di contatto elettrico possono essere sostituiti facilmente.
Controllo qualità
È possibile effettuare un controllo di qualità sia per la misurazione della conducibilità elettrica che per la determinazione del Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck. Prima di ogni misurazione e di ogni passaggio di temperatura, è possibile determinare se il valore misurato è corretto o se, ad esempio, problemi di contatto tra il campione e le termocoppie o altri problemi possono aver falsato la misurazione. Ciò consente di ottenere un'elevata precisione di misura.
Proprietà e campi di applicazione di BiSeTe
Il tellururo di bismuto appartiene al gruppo dei tellururi. È una polvere grigia nota anche come tellururo di bimuto (III). È classificato come semiconduttore e può essere legato all'antimonio o al selenio. In questo caso, sono stati utilizzati campioni BiSeTe con la composizione chimica Bi2Se0,25Te2,75. Questi campioni hanno una densità di 7,8 g/cm³ (campioni a bastoncino) e 7,82 g/cm³ (campioni rotondi), rispettivamente, e sono termoelettrici di tipo N.
La Figura 3 mostra la figura di merito dei tre materiali BiTe, PbTe e SiGe. Si può notare che il BiTe mostra il suo massimo soprattutto nell'intervallo di temperatura più basso; pertanto, è qui che viene applicato. Il BiSeTe è utilizzato, ad esempio, per la funzione di raffreddamento dei refrigeratori mobili.
Misure su BiSeTe con l'SBA 458
Ripetibilità
Sia il Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck che la conducibilità elettrica del BeSeTe possono essere misurati con un'elevata ripetibilità mediante l'SBA 458. Per determinare la ripetibilità, un campione viene misurato ripetutamente nelle stesse condizioni, cioè con gli stessi parametri di misura. Dopo ogni misurazione, il campione viene prelevato e inserito nuovamente. Come esempio per il campione BiSeTe, le figure 4 e 5 mostrano sette misurazioni sia per il coefficiente di Seebeck che per la conducibilità elettrica per il campione BiSeTe con dimensioni di 3 x 1 x 15 (l x h x l). La ripetibilità è stata determinata in ± 2% per quanto riguarda la misura del coefficiente di Seebeck e in ± 1,5% per quanto riguarda la misura della conducibilità elettrica. Questi valori possono essere confermati misurando altri campioni di BiSeTe (cioè di altre geometrie) e con altri strumentiConduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica. SBA 458.
Riproducibilità
Con l'SBA 458 è possibile misurare campioni di BiSeTe con un'elevata riproducibilità per quanto riguarda il coefficente di Seebeck e la Conduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica.conduttività elettrica. Questa elevata riproducibilità si applica indipendentemente dalle diverse geometrie dei campioni, dalla quantità di campioni large o dall'esecuzione delle misure con diversi strumentiConduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica. SBA 458.
A titolo di esempio, sono stati misurati due campioni di BiSeTe con geometrie diverse. Per questo test erano disponibili un campione a barra con dimensioni di 3 x 1 x 15 mm (l x h x l) e un campione a barra con diametro di 12,5 x 1 mm. Entrambi i campioni sono stati misurati tre volte ciascuno e i valori del coefficiente di Seebeck e del valore elettrico sono stati confrontati. Si è ottenuta una riproducibilità di ± 2% per la misurazione del coefficiente di Seebeck e della conducibilità elettrica.
Raccomandazione di parametri di misura adeguati
Tutte le misure diConduttività elettrica (SBA)La conducibilità elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di consentire il trasporto di una carica elettrica. SBA 458 qui riportate sono state eseguite sotto azoto con un flusso di gas di 50 ml/min. Inoltre, come parametri di misura sono stati scelti un'iniezione di corrente massima di 0,01 A e una tensione del riscaldatore di 8 V. Questi parametri si sono dimostrati adatti alle geometrie dei campioni impiegati (campione a barra 3 x 1 x 15 mm, campione rotondo con diametro di 12,5 x 1 mm).
Poiché i parametri di misura devono essere regolati in parte in funzione del materiale e della geometria del campione, di seguito verranno forniti alcuni suggerimenti e raccomandazioni per selectparametri di misura adeguati. Tra questi, la tensione del riscaldatore con cui viene generato un gradiente di temperatura in entrambe le direzioni del campione. Inoltre, per misurare la conducibilità elettrica, è necessario indicare a selectun valore adeguato per l'iniezione massima di corrente nel campione. Inoltre, verrà mostrato quali gas sono adatti per la misurazione dei campioni di BiSeTe.
Tensione del riscaldatore
Per una corretta misurazione del coefficiente di Seebeck, è necessario prestare attenzione quando selectla tensione del riscaldatore che venga generato un gradiente di temperatura sufficiente (raccomandazione: ± Delta T di almeno 3 K). Questo può variare a seconda della geometria del campione. Non è necessario prendere in considerazione altri criteri.
Iniezione di corrente
Come per selectla tensione del riscaldatore, la geometria del campione deve essere presa in considerazione per determinare l'iniezione massima di corrente. Quando si selectsceglie un valore adeguato per l'iniezione di corrente, si devono tenere presenti due aspetti: Da un lato, l'iniezione di corrente non deve essere sufficientemente alta da riscaldare il campione, ma dall'altro la corrente selectdeve essere sufficientemente alta da consentire la misurazione della tensione. Questo può essere verificato dando un'occhiata al diagramma con i singoli valori nel software. Lì si possono vedere i tre valori di corrente positivi e negativi (ciascuno pari a 1/3, 2/3 e 3/3 di Imax) e le rispettive tensioni misurate. Se è possibile riconoscere una relazione lineare tra la corrente iniettata, I, e la tensione misurata, U, è possibile misurare un valore di conducibilità elettrica significativo.
Gas
Per la misurazione di un campione di BiSeTe, è adatto uno qualsiasi dei gas ammessi nelle specifiche dell'SBA 458.
Sintesi
Per BiSeTe, il coefficiente di Seebeck può essere misurato con una ripetibilità di ± 2% e la conducibilità termica con una ripetibilità di ± 1,5% mediante l'SBA 458.
La misura del coefficiente di Seebeck e della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica di BiSeTe può essere realizzata con una riproducibilità di ± 2% ciascuna. Questa elevata riproducibilità si applica indipendentemente dalle diverse geometrie dei campioni, dalla quantità di campioni large o dall'esecuzione delle misure con diversi strumenti SBA 458.