Inleiding
Deze toepassingsnotitie behandelt de analyse van BiTeSe materiaal met behulp van de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.SBA 458 Nemesis® (figuur 1). Met de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.SBA 458 kunnen zowel de Seebeck-coëfficiënt als de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.elektrische geleidbaarheid van BiTeSe worden gemeten met een hoge reproduceerbaarheid en meetnauwkeurigheid. Dit wordt aangetoond aan de hand van talrijke meetvoorbeelden in de volgende secties. Bovendien worden nuttige aanbevelingen gegeven voor het aanpassen van de meetparameters.
Ontwerp van de SBA 458 Nemesis®
Met de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.SBA 458 Nemesis® kunnen de Seebeck-coëfficiënt en de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.elektrische geleidbaarheid tegelijkertijd gemeten worden. Figuur 2 toont het schematische ontwerp van de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.SBA 458. Het monster ligt horizontaal op de monstersteun. Links en rechts bevinden zich verwarmingselementen in de keramische monstersteun, waarmee een temperatuurgradiënt kan worden opgewekt in beide richtingen van het monster. De thermokoppels zijn onder het onderste oppervlak van het monster geplaatst. Deze meten de thermo-elektrische spanning die wordt opgewekt door de temperatuurgradiënt. Op basis hiervan kan de Seebeck-coëfficiënt worden berekend. Naast de thermokoppels onder het onderste monsteroppervlak bevinden zich elektrische contactpunten die gebruikt worden om stroom in het monster te injecteren. De resulterende spanning wordt gemeten door middel van de thermokoppelpoten. Met behulp van deze informatie en de correctiefuncties voor de geometrie van het monster kan de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.elektrische geleidbaarheid berekend worden.
Belangrijkste kenmerken van de SBA 458 Nemesis®
De SBA 458 Nemesis® heeft een aantal belangrijke kenmerken die hieronder kort worden besproken. Voor een gedetailleerde beschrijving van de afzonderlijke termen is onze verkoopvertegenwoordiger u graag van dienst.
Plug-en-meet
Met de SBA 458 kunnen diverse monstergeometrieën worden gemeten. Hieronder vallen ronde monsters, staafmonsters, dunne lagen, coatings en typische LFA monsters. Het verwisselen van monsters is een snelle en ongecompliceerde procedure. Omslachtige intervalmetingen of andere gecompliceerde werkstappen vallen weg.
Robuust systeem
De mantel van de thermokoppels (type K, inconel coating) voorkomt reactie of verontreiniging van het monster en het thermokoppel. Bovendien zijn de thermokoppels en elektrische contactpunten gefixeerd. Hierdoor is er geen kans op positieverschuivingen van de thermokoppels en daaruit voortvloeiende verstoringen van de metingen. Hierdoor kunnen de thermokoppels en elektrische contactpunten ook gemakkelijk vervangen worden.
Kwaliteitscontrole
Het is mogelijk om een kwaliteitscontrole uit te voeren voor zowel de meting van de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.elektrische geleidbaarheid als de bepaling van de Seebeck-coëfficiënt. Voorafgaand aan elke meting en elke temperatuurstap kan zo worden bepaald of de gemeten waarde correct is of dat bijvoorbeeld contactproblemen tussen het monster en de thermokoppels of een ander probleem de meting hebben vervalst. Hierdoor kan een hoge meetnauwkeurigheid worden bereikt.
Eigenschappen en toepassingsgebieden van BiSeTe
Bismut-telluride behoort tot de telluridegroep. Het is een grijs poeder dat ook bekend staat als bimut(III)telluride. Het wordt gecategoriseerd als een halfgeleider en kan gelegeerd worden met antimoon of selenium. In dit geval werden BiSeTe monsters met de chemische samenstelling Bi2Se0,25Te2,75 gebruikt. Deze monsters hebben een DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid van respectievelijk 7,8 g/cm³ (staafmonsters) en 7,82 g/cm³ (ronde monsters) en zijn thermo-elektrisch van type N.
Figuur 3 toont het getal van verdienste van de drie materialen BiTe, PbTe en SiGe. Het is te zien dat BiTe zijn maximum vooral in het lagere temperatuurbereik laat zien; daarom wordt het hier toegepast. BiSeTe wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de koelfunctie van mobiele koelers.
Metingen aan BiSeTe met de SBA 458
Herhaalbaarheid
Zowel de Seebeck-coëfficiënt als de Elektrisch geleidingsvermogen (SBA)Elektrische geleidbaarheid is een fysische eigenschap die het vermogen van een materiaal aangeeft om het transport van een elektrische lading mogelijk te maken.elektrische geleidbaarheid van BeSeTe kunnen met de SBA 458 met hoge herhaalbaarheid worden gemeten. Om de herhaalbaarheid te bepalen wordt een monster herhaaldelijk gemeten onder dezelfde omstandigheden, d.w.z. met dezelfde meetparameters. Na elke meting wordt het monster eruit gehaald en opnieuw ingebracht. Als voorbeeld voor het BiSeTe monster tonen figuren 4 en 5 zeven metingen voor zowel de Seebeck coëfficiëntDe Seebeck-coëfficiënt is de verhouding tussen de geïnduceerde thermo-elektrische spanning en het temperatuurverschil tussen twee punten op een elektrische geleider.Seebeck coëfficiënt als de elektrische geleidbaarheid voor het BiSeTe monster met afmetingen van 3 x 1 x 15 (b x h x l). De herhaalbaarheid werd hier bepaald op ± 2% met betrekking tot de meting van de Seebeck-coëfficiënt en op ± 1,5% met betrekking tot de meting van de elektrische geleiding. Deze waarden kunnen bevestigd worden door het meten van andere BiSeTe monsters (d.w.z. van andere geometrieën) en door het meten op andere SBA 458 instrumenten.
Reproduceerbaarheid
Met de SBA 458 is het mogelijk om BiSeTe monsters te meten met een hoge reproduceerbaarheid wat betreft de Seebeck coëfficiëntDe Seebeck-coëfficiënt is de verhouding tussen de geïnduceerde thermo-elektrische spanning en het temperatuurverschil tussen twee punten op een elektrische geleider.Seebeck coëfficiënt en elektrische geleidbaarheid. Deze hoge reproduceerbaarheid geldt ongeacht verschillende monstergeometrieën, een large aantal monsters of de uitvoering van metingen met verschillende SBA 458 instrumenten.
Als voorbeeld hiervan werden twee BiSeTe monsters met verschillende geometrieën gemeten. Een staafmonster met afmetingen van 3 x 1 x 15 mm (b x h x l) en een staafmonster met een diameter van 12,5 x 1 mm waren beschikbaar voor deze test. Beide monsters werden elk drie keer gemeten en de waarden van de Seebeck-coëfficiënt en de elektrische waarde werden vergeleken. Dit leverde een reproduceerbaarheid op van ± 2% voor de meting van zowel de Seebeck-coëfficiënt als de elektrische geleidbaarheid.
Aanbeveling van geschikte meetparameters
Alle hier getoonde SBA 458 metingen werden uitgevoerd onder stikstof met een gasstroom van 50 ml/min. Daarnaast werden een maximale stroominjectie van 0,01 A en een verwarmingsspanning van 8 V gekozen als meetparameters. Deze parameters zijn geschikt gebleken voor de gebruikte monstergeometrieën (staafmonster 3 x 1 x 15 mm, rond monster met een diameter van 12,5 x 1 mm).
Omdat de meetparameters deels moeten worden aangepast als functie van het monstermateriaal en de geometrie, worden hieronder enkele tips en aanbevelingen gegeven voor het kiezen van geschikte meetparameters. Dit omvat de spanning van het verwarmingselement waarmee een temperatuurgradiënt wordt opgewekt in beide richtingen van het monster. Daarnaast moet een geschikte waarde voor de maximale stroominjectie in het monster gekozen worden om de elektrische geleidbaarheid te kunnen meten. Verder zal aangetoond worden welke gassen geschikt zijn voor het meten van de BiSeTe monsters.
Verwarmingsspanning
Voor een correcte meting van de Seebeck-coëfficiënt moet er bij het kiezen van de verwarmingsspanning op gelet worden dat er voldoende temperatuurgradiënt (aanbeveling: ± Delta T van minimaal 3 K) wordt opgewekt. Dit kan variëren afhankelijk van de geometrie van het monster. Met andere criteria hoeft geen rekening gehouden te worden.
Stroominjectie
Net als bij het kiezen van de verwarmingsspanning, moet bij het bepalen van de maximale stroominjectie rekening worden gehouden met de geometrie van het monster. Bij het kiezen van een geschikte waarde voor de stroominjectie moet dus rekening gehouden worden met twee zaken: Aan de ene kant mag de stroominjectie niet hoog genoeg zijn om het monster te verhitten, maar aan de andere kant moet de geselecteerde stroom hoog genoeg zijn om de spanning te kunnen meten. Dit kan gecontroleerd worden door een blik te werpen op het diagram met de individuele waarden in de software. Daar zijn elk van de drie positieve en negatieve stroomwaarden (elk 1/3, 2/3 en 3/3 van Imax) te zien samen met de respectievelijk gemeten spanningen. Als er een lineair verband kan worden herkend tussen de geïnjecteerde stroom, I, en de gemeten spanning, U, dan kan er een betekenisvolle waarde voor elektrische geleidbaarheid worden gemeten.
Gassen
Voor het meten van een BiSeTe monster is elk van de gassen die in de specificaties voor de SBA 458 zijn toegestaan geschikt.
Samenvatting
Voor BiSeTe kan de Seebeck-coëfficiënt worden gemeten met een herhaalbaarheid van ± 2% en de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid met een herhaalbaarheid van ± 1,5% met behulp van de SBA 458.
Meting van zowel de Seebeck-coëfficiënt als de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van BiSeTe kan worden gerealiseerd met een reproduceerbaarheid van ± 2% elk. Deze hoge reproduceerbaarheid geldt ongeacht verschillende monstergeometrieën, een large aantal monsters of de uitvoering van metingen met verschillende SBA 458 instrumenten.