Inledning
Detta applikationsblad behandlar analys av BiTeSe-material med hjälp av Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458 Nemesis® (bild 1). Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458 möjliggör mätning av både Seebeck-koefficienten och den elektriska ledningsförmågan hos BiTeSe med hög reproducerbarhet och mätnoggrannhet. Detta demonstreras med hjälp av ett stort antal mätexempel i följande avsnitt. Dessutom ges användbara rekommendationer för justering av mätparametrarna.
Utformning av SBA 458 Nemesis®
Med Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458 Nemesis® kan Seebeck-koefficienten och den elektriska ledningsförmågan mätas samtidigt. Figur 2 visar den schematiska utformningen av Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458. Provet ligger horisontellt på provhållaren. Till vänster och höger finns värmare i den keramiska provhållaren, med vilka en temperaturgradient kan genereras i båda provriktningarna. Termoelementen är placerade under provets nedre yta. Dessa mäter den termoelektriska spänning som genereras av temperaturgradienten. Baserat på detta kan Seebeck-koefficienten beräknas. Bredvid termoelementen under den nedre provytan finns elektriska kontaktpunkter som används för att injicera ström i provet. Den resulterande spänningen mäts med hjälp av termoelementens ben. Med hjälp av denna information tillsammans med korrektionsfunktionerna för provets geometri kan den elektriska ledningsförmågan beräknas.
Viktiga funktioner i SBA 458 Nemesis®
Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458 Nemesis® har några viktiga funktioner som kommer att diskuteras kortfattat i det följande. För en detaljerad beskrivning av de enskilda termerna står vår försäljningsrepresentant gärna till tjänst.
Plugga in och mät
Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458 kan användas för mätning av en mängd olika provgeometrier. Dessa inkluderar runda prover, stavprover, tunna skikt, beläggningar och typiska LFA-prover. Att byta ut prover är en snabb och okomplicerad procedur. Besvärliga intervallmätningar eller andra komplicerade arbetsmoment elimineras.
Robust system
Manteln på termoelementen (typ K, inconel-beläggning) förhindrar reaktion eller kontaminering av provet och termoelementet. Dessutom är termoelementen och de elektriska kontaktpunkterna fixerade. Detta eliminerar alla möjligheter till positionsförskjutningar för termoelementen och resulterande störningar i mätningarna. Det gör också att termoelementen och de elektriska kontaktpunkterna enkelt kan bytas ut.
Kvalitetskontroll
Det är möjligt att utföra en kvalitetskontroll för både mätning av den elektriska ledningsförmågan och bestämning av Seebeck-koefficienten. Före varje mätning och varje temperatursteg kan man alltså avgöra om det uppmätta värdet är korrekt eller om t.ex. kontaktproblem mellan prov och termoelement eller något annat problem kan ha förfalskat mätningen. Detta gör det möjligt att uppnå hög mätnoggrannhet.
Egenskaper och användningsområden Användningsområden för BiSeTe
Bismut-tellurid tillhör telluridgruppen. Det är ett grått pulver som också är känt som bimuth(III)tellurid. Det kategoriseras som en halvledare och kan legeras med antimon eller selen. I det aktuella fallet användes BiSeTe-prover med den kemiska sammansättningen Bi2Se0,25Te2,75. Dessa prover har en TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet på 7,8 g/cm³ (stavprover) respektive 7,82 g/cm³ (runda prover) och är termoelektriska produkter av typ N.
Figur 3 visar Figure of Merit för de tre materialen BiTe, PbTe och SiGe. Man kan se att BiTe uppvisar sitt maximum främst i det lägre temperaturområdet; därför är det där det används. BiSeTe används t.ex. för kylfunktionen i mobila kylboxar.
Mätningar på BiSeTe med SBA 458
Repeterbarhet
Både Seebeck-koefficienten och den elektriska ledningsförmågan hos BeSeTe kan mätas med hög repeterbarhet med hjälp av Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458. För att bestämma repeterbarheten mäts ett prov upprepade gånger under samma förhållanden, dvs. med samma mätparametrar. Efter varje mätning tas provet ut och sätts in på nytt. Som ett exempel på BiSeTe-provet visar figurerna 4 och 5 sju mätningar av både Seebeck-koefficienten och den elektriska ledningsförmågan för BiSeTe-provet med måtten 3 x 1 x 15 (b x h x l). Repeterbarheten bestämdes här till ± 2% när det gäller mätning av Seebeck-koefficienten och till ± 1,5% när det gäller mätning av den elektriska konduktiviteten. Dessa värden kan bekräftas genom mätning av andra BiSeTe-prover (dvs. med andra geometrier) samt genom mätning med andra Elektrisk konduktivitet (SBA)Elektrisk ledningsförmåga är en fysikalisk egenskap som anger ett materials förmåga att tillåta transport av en elektrisk laddning.SBA 458-instrument.
Reproducerbarhet
Med SBA 458 är det möjligt att mäta BiSeTe-prover med hög reproducerbarhet när det gäller Seebeck-koefficienten och den elektriska ledningsförmågan. Denna höga reproducerbarhet gäller oberoende av olika provgeometrier, en large mängd prover eller genomförandet av mätningar med olika SBA 458-instrument.
Som ett exempel på detta mättes två BiSeTe-prover med olika geometrier. Ett stavprov med måtten 3 x 1 x 15 mm (b x h x l) och ett stavprov med en diameter på 12,5 x 1 mm fanns tillgängliga för detta test. Båda proverna mättes tre gånger vardera och värdena för Seebeck-koefficienten och det elektriska värdet jämfördes. Detta gav en reproducerbarhet på ± 2 % för mätning av både Seebeck-koefficienten och den elektriska ledningsförmågan.
Rekommendation av lämpliga mätparametrar
Alla SBA 458-mätningar som visas här utfördes under kväve med ett gasflöde på 50 ml/min. Dessutom valdes en maximal ströminjektion på 0,01 A och en värmespänning på 8 V som mätparametrar. Dessa parametrar har visat sig vara lämpliga för de använda provgeometrierna (stavprov 3 x 1 x 15 mm, runt prov med en diameter på 12,5 x 1 mm).
Eftersom mätparametrarna delvis ska justeras som en funktion av provmaterialet och geometrin, kommer några tips och rekommendationer för val av lämpliga mätparametrar att ges i det följande. Detta inkluderar spänningen på värmaren med vilken en temperaturgradient genereras i båda provriktningarna. Dessutom bör ett lämpligt värde för den maximala ströminjektionen i provet väljas för mätning av den elektriska ledningsförmågan. Vidare kommer det att visas vilka gaser som är lämpliga för mätning av BiSeTe-proverna.
Spänning i värmaren
För korrekt mätning av Seebeck-koefficienten bör man vid val av värmespänning se till att en tillräcklig temperaturgradient (rekommendation: ± Delta T på minst 3 K) genereras. Detta kan variera beroende på provets geometri. Ytterligare kriterier behöver inte tas i beaktande.
Injektion av ström
På samma sätt som vid val av värmespänning måste provgeometrin beaktas vid bestämning av maximal strömtillförsel. När man väljer ett lämpligt värde för strömtillförseln måste man alltså ta hänsyn till två saker: Å ena sidan får strömmen inte vara så hög att provet värms upp, men å andra sidan måste den valda strömmen vara tillräckligt hög för att spänningen ska kunna mätas. Detta kan kontrolleras genom en blick på diagrammet med de enskilda värdena i programvaran. Där kan vart och ett av de tre positiva och negativa strömvärdena (vardera 1/3, 2/3 och 3/3 av Imax) ses tillsammans med de respektive uppmätta spänningarna. Om det finns ett linjärt samband mellan den tillförda strömmen, I, och den uppmätta spänningen, U, kan ett meningsfullt värde på den elektriska ledningsförmågan mätas.
Gaser
För mätning av ett BiSeTe-prov är någon av de gaser som tillåts i specifikationerna för SBA 458 lämplig.
Sammanfattning
För BiSeTe kan Seebeck-koefficienten mätas med en repeterbarhet på ± 2% och värmeledningsförmågan med en repeterbarhet på ± 1,5% med hjälp av SBA 458.
Mätning av Seebeck-koefficienten och värmeledningsförmågan för BiSeTe kan utföras med en reproducerbarhet på ± 2% vardera. Denna höga reproducerbarhet gäller oberoende av olika provgeometrier, en large mängd prover eller genomförandet av mätningar med olika SBA 458-instrument.