Wprowadzenie
Niniejsza nota aplikacyjna obejmuje analizę materiału BiTeSe przy użyciu przyrządu Przewodność elektryczna (SBA)Przewodność elektryczna to właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do umożliwienia transportu ładunku elektrycznego. SBA 458 Nemesis® (rysunek 1). Przewodność elektryczna (SBA)Przewodność elektryczna to właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do umożliwienia transportu ładunku elektrycznego. SBA 458 umożliwia pomiar zarówno współczynnika Seebecka, jak i przewodności elektrycznej BiTeSe z wysoką powtarzalnością i dokładnością pomiaru. Zostało to zademonstrowane za pomocą licznych przykładów pomiarowych w poniższych sekcjach. Dodatkowo podano pomocne zalecenia dotyczące dostosowania parametrów pomiaru.
Konstrukcja SBA 458 Nemesis®
Przewodność elektryczna (SBA)Przewodność elektryczna to właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do umożliwienia transportu ładunku elektrycznego. SBA 458 Nemesis® umożliwia jednoczesny pomiar współczynnika Seebecka i przewodności elektrycznej. Rysunek 2 przedstawia schematyczną konstrukcję Przewodność elektryczna (SBA)Przewodność elektryczna to właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do umożliwienia transportu ładunku elektrycznego. SBA 458. Próbka leży poziomo na wsporniku próbki. Po lewej i prawej stronie znajdują się grzejniki w ceramicznym wsporniku próbki, za pomocą których można wygenerować gradient temperatury w obu kierunkach próbki. Termopary są umieszczone pod dolną powierzchnią próbki. Mierzą one NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie termoelektryczne generowane przez gradient temperatury. Na tej podstawie można obliczyć Współczynnik SeebeckaWspółczynnik Seebecka to stosunek indukowanego napięcia termoelektrycznego do różnicy temperatur między dwoma punktami przewodnika elektrycznego.współczynnik Seebecka. Obok termopar pod dolną powierzchnią próbki znajdują się elektryczne punkty kontaktowe, które służą do wprowadzania prądu do próbki. Wynikowe NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie jest mierzone za pomocą nóżek termopary. Wykorzystując te informacje wraz z funkcjami korekcji geometrii próbki, można obliczyć przewodność elektryczną.
Kluczowe cechy SBA 458 Nemesis®
SBA 458 Nemesis® ma kilka kluczowych cech, które zostaną pokrótce omówione poniżej. Aby uzyskać szczegółowy opis poszczególnych warunków, nasz przedstawiciel handlowy z przyjemnością Ci pomoże.
Podłącz i mierz
SBA 458 umożliwia pomiar próbek o różnej geometrii. Obejmują one próbki okrągłe, prętowe, cienkie warstwy, powłoki i typowe próbki LFA. Wymiana próbek jest szybką i nieskomplikowaną procedurą. Uciążliwe pomiary interwałowe lub inne skomplikowane etapy pracy są wyeliminowane.
Solidny system
Osłona termopar (typ K, powłoka inconelowa) zapobiega reakcji lub zanieczyszczeniu próbki i termopary. Ponadto termopary i elektryczne punkty styku są stałe. Eliminuje to możliwość przesunięcia pozycji termopar i wynikające z tego zakłócenia pomiarów. Pozwala to również na łatwą wymianę termopar i elektrycznych punktów styku.
Kontrola jakości
Możliwe jest przeprowadzenie kontroli jakości zarówno dla pomiaru przewodności elektrycznej, jak i określenia współczynnika Seebecka. Przed każdym pomiarem i każdym krokiem temperatury można zatem określić, czy zmierzona wartość jest prawidłowa, czy też na przykład problemy ze stykiem między próbką a termoparami lub inne problemy mogły zafałszować pomiar. Pozwala to na osiągnięcie wysokiej dokładności pomiaru.
Właściwości i zastosowania BiSeTe
Tellurek bizmutu należy do grupy tellurków. Jest to szary proszek znany również jako tellurek bizmutu(III). Jest klasyfikowany jako półprzewodnik i może być stopowany z antymonem lub selenem. W tym przypadku zastosowano próbki BiSeTe o składzie chemicznym Bi2Se0,25Te2,75. Próbki te mają gęstość odpowiednio 7,8 g/cm³ (próbki prętowe) i 7,82 g/cm³ (próbki okrągłe) i są termoelektrykami typu N.
Rysunek 3 przedstawia współczynnik dobroci trzech materiałów: BiTe, PbTe i SiGe. Można zauważyć, że BiTe wykazuje swoje maksimum głównie w niższym zakresie temperatur; dlatego właśnie tam jest stosowany. BiSeTe jest używany na przykład do chłodzenia mobilnych chłodnic.
Pomiary na BiSeTe za pomocą SBA 458
Powtarzalność
Zarówno Współczynnik SeebeckaWspółczynnik Seebecka to stosunek indukowanego napięcia termoelektrycznego do różnicy temperatur między dwoma punktami przewodnika elektrycznego.współczynnik Seebecka, jak i Przewodność elektryczna (SBA)Przewodność elektryczna to właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do umożliwienia transportu ładunku elektrycznego.przewodność elektryczna BeSeTe mogą być mierzone z wysoką powtarzalnością za pomocą SBA 458. Aby określić powtarzalność, próbka jest wielokrotnie mierzona w tych samych warunkach, tj. przy tych samych parametrach pomiaru. Po każdym pomiarze próbka jest wyjmowana i wkładana na nowo. Jako przykład dla próbki BiSeTe, rysunki 4 i 5 pokazują siedem pomiarów zarówno współczynnika Seebecka, jak i przewodności elektrycznej dla próbki BiSeTe o wymiarach 3 x 1 x 15 (szer. x wys. x dł.). Powtarzalność została tutaj określona na ± 2% w odniesieniu do pomiaru współczynnika Seebecka i ± 1,5% w odniesieniu do pomiaru przewodności elektrycznej. Wartości te można potwierdzić poprzez pomiar innych próbek BiSeTe (tj. o innych geometriach), a także poprzez pomiar na innych urządzeniach SBA 458.
Powtarzalność
Dzięki SBA 458 możliwy jest pomiar próbek BiSeTe z wysoką powtarzalnością w odniesieniu do współczynnika Seebecka i przewodności elektrycznej. Ta wysoka powtarzalność ma zastosowanie niezależnie od różnych geometrii próbek, large ilości próbek lub realizacji pomiarów za pomocą różnych przyrządów SBA 458.
Jako przykład, zmierzono dwie próbki BiSeTe o różnych geometriach. Do tego testu dostępna była próbka pręta o wymiarach 3 x 1 x 15 mm (szer. x wys. x dł.) oraz próbka pręta o średnicy 12,5 x 1 mm. Obie próbki zostały zmierzone trzykrotnie, a wartości współczynnika Seebecka i wartości elektrycznej zostały porównane. Uzyskano powtarzalność ± 2% zarówno dla pomiaru współczynnika Seebecka, jak i przewodności elektrycznej.
Zalecenia dotyczące odpowiednich parametrów pomiaru
Wszystkie przedstawione tutaj pomiary SBA 458 zostały przeprowadzone w atmosferze azotu z przepływem gazu 50 ml/min. Ponadto, jako parametry pomiarowe wybrano maksymalny prąd wtrysku 0,01 A i NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie grzałki 8 V. Parametry te okazały się odpowiednie dla zastosowanych geometrii próbek (próbka prętowa 3 x 1 x 15 mm, próbka okrągła o średnicy 12,5 x 1 mm).
Ponieważ parametry pomiarowe należy częściowo dostosować w zależności od materiału i geometrii próbki, poniżej podano kilka wskazówek i zaleceń dotyczących selectodpowiednich parametrów pomiarowych. Obejmuje to NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie grzejnika, przy którym generowany jest gradient temperatury w obu kierunkach próbki. Dodatkowo, odpowiednia wartość maksymalnego prądu wtrysku do próbki powinna być selected, aby służyć do pomiaru przewodności elektrycznej. Ponadto zostanie wykazane, które gazy są odpowiednie do pomiaru próbek BiSeTe.
W celu poprawnego pomiaru współczynnika Seebecka, należy zwrócić uwagę podczas selecting napięcia grzałki, aby wygenerować wystarczający gradient temperatury (zalecenie: ± Delta T minimum 3 K). Może się to różnić w zależności od geometrii próbki. Dalsze kryteria nie muszą być brane pod uwagę.
Wstrzykiwanie prądu
Podobnie jak w przypadku selectnapięcia grzałki, przy określaniu maksymalnego natężenia prądu należy wziąć pod uwagę geometrię próbki. Podczas selectokreślania odpowiedniej wartości prądu wtrysku należy pamiętać o dwóch kwestiach: Z jednej strony, prąd wtrysku nie powinien być wystarczająco wysoki, aby podgrzać próbkę, ale z drugiej strony, prąd selected musi być wystarczająco wysoki, aby umożliwić pomiar napięcia. Można to sprawdzić, rzucając okiem na wykres z poszczególnymi wartościami w oprogramowaniu. Można tam zobaczyć każdą z trzech dodatnich i ujemnych wartości prądu (każda 1/3, 2/3 i 3/3 Imax) wraz z odpowiednio zmierzonymi napięciami. Jeśli można rozpoznać liniową zależność między wstrzykniętym prądem, I, a zmierzonym napięciem, U, wówczas można zmierzyć znaczącą wartość przewodności elektrycznej.
Gazy
Do pomiaru próbki BiSeTe odpowiedni jest dowolny z gazów dozwolonych w specyfikacjach dla SBA 458.
Podsumowanie
W przypadku BiSeTe Współczynnik SeebeckaWspółczynnik Seebecka to stosunek indukowanego napięcia termoelektrycznego do różnicy temperatur między dwoma punktami przewodnika elektrycznego.współczynnik Seebecka może być mierzony z powtarzalnością ± 2%, a Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna z powtarzalnością ± 1,5% za pomocą SBA 458.
Pomiar współczynnika Seebecka, jak również przewodności cieplnej BiSeTe może być wykonany z powtarzalnością ± 2% każdy. Ta wysoka powtarzalność ma zastosowanie niezależnie od różnych geometrii próbek, ilości próbek large lub realizacji pomiarów za pomocą różnych przyrządów SBA 458.