Descrizione del
Al punto
Con la piattaforma LSR LSR-3 (LSR L31) di Linseis, i materiali termoelettrici possono essere caratterizzati in modo quasi completo, sia sotto forma di materiale solido che sotto forma di film sottili. Nella versione base LSR-3 (LSR L31), sia il coefficiente di Seebeck che la conducibilità elettrica (resistenza elettrica) dei materiali solidi possono essere misurati in modo completamente automatico e simultaneo fino a una temperatura massima di 1500°C.
La versione gund può essere combinata con diverse opzioni per ampliare la gamma di applicazioni. Ad esempio, l’opzione per le basse temperature consente di effettuare misurazioni completamente automatiche con raffreddamento a LN2 fino a -100°C e di utilizzare uno speciale adattatore per film sottili per misurare film e strati sottili.
Una telecamera opzionale permette di determinare la conducibilità elettrica con la massima precisione e l’uso dell’opzione ad alta impedenza estende significativamente il campo di misura in modo da poter caratterizzare anche campioni con scarsa conducibilità elettrica.
Poiché la conducibilità termica è necessaria in aggiunta al coefficiente di Seebeck e alla conducibilità elettrica per calcolare la cifra di merito adimensionale ZT, di solito è necessario utilizzare un altro dispositivo di misurazione, come ad esempio un LaserFlash ad esempio.
Per risolvere questo problema, è possibile integrare una LaserFlash aggiuntiva nella piattaforma LSR LSR-3 di Linseis (LSR L31) (vedi
Misuratore LZT
) oppure si può utilizzare uno speciale adattatore che consente di misurare i materiali solidi utilizzando il metodo Harman. Si tratta di una determinazione diretta dello ZT che, in combinazione con le due misurazioni originali, permette di trarre conclusioni sulla conduttività termica. Una piattaforma LSR con metodo Harman integrato viene definita un
Principio di misura Coefficiente di Seebeck
Un campione cilindrico, quadrato o rettangolare viene posizionato verticalmente tra due elettrodi. Il blocco di elettrodi inferiore e, opzionalmente, anche quello superiore (per invertire il gradiente di temperatura) contengono una bobina di riscaldamento (riscaldatore secondario). L’intero sistema di misurazione si trova in un forno che riscalda il campione a una temperatura specifica per la misurazione. Quando questa temperatura viene raggiunta, il riscaldatore secondario nell’elettrodo inferiore genera un gradiente di temperatura predefinito lungo il campione. Due termocoppie a contatto laterale T1 e T2 misurano ora la differenza di temperatura (ΔT = T2 – T1) tra il contatto caldo e quello freddo sul campione. Inoltre, uno dei due fili della termocoppia viene utilizzato per misurare la forza elettromotrice dE (o tensione termoelettrica Vth).
Un meccanismo a molla unico nel suo genere consente il miglior contatto elettrico possibile tra le termocoppie e il campione e quindi misurazioni estremamente accurate. Il coefficiente di Seebeck può essere facilmente calcolato dai dati di misurazione ottenuti utilizzando la seguente formula:
Principio di misura Conducibilità elettrica
Per determinare la resistenza elettrica specifica o la conduttività elettrica dei campioni si utilizza una misurazione a quattro fili in corrente continua. Questo permette di sopprimere le influenze parassite come la resistenza dei contatti o dei fili e di aumentare in modo significativo l’accuratezza della misurazione.
Per la misurazione in equilibrio termico (ΔT = 0K), una corrente continua costante(IDC) viene impressa nel campione utilizzando i due elettrodi. A causa delle dimensioni degli elettrodi e del campione, si può ipotizzare un flusso di corrente unidimensionale quasi ideale all’interno del campione. La caduta di tensione risultante (VΩ) su una sezione della lunghezza “t” del campione viene misurata nuovamente utilizzando uno dei due fili della termocoppia.
In base ai dati di misurazione e alla distanza “t” tra le termocoppie, la resistenza specifica e la conducibilità elettrica possono essere calcolate utilizzando le seguenti formule.
Principio di misurazione Metodo Harman
Il metodo Harman permette di calcolare la cifra di merito termoelettrica ZT di un materiale misurando la curva di tensione di un campione nel tempo quando viene applicata una corrente continua (DC).
Per la misurazione, una corrente viene iniettata in un campione termoelettrico attraverso due contatti ad ago. Grazie all’effetto Peltier, una delle due giunzioni viene riscaldata o raffreddata localmente. Di conseguenza, si crea un profilo di temperatura caratteristico sul campione grazie alle condizioni al contorno adiabatiche. Se si calcola il rapporto tra la misurazione della caduta di tensione iniziale (parte ohmica senza gradiente di temperatura) e la misurazione della caduta di tensione stazionaria (compresa la tensione termoelettrica), è possibile calcolare il fattore di qualità adimensionale ZT (e da questo anche la conducibilità termica lambda).
I vantaggi fondamentali del metodo Harman rispetto al calcolo dello ZT da misurazioni individuali sono che è necessario un solo dispositivo di misurazione, che deve essere preparato un solo campione e che l’errore di misurazione dello ZT risultante è significativamente inferiore grazie alla misurazione diretta. Lo svantaggio, tuttavia, è che il metodo di misurazione può essere utilizzato solo per materiali termoelettrici di buona qualità e fino a un massimo di 400°C.
Adattatore per strati e film sottili
Grazie alle loro proprietà uniche rispetto ai materiali solidi, negli ultimi anni l’interesse per i campioni nanostrutturati, come film sottili o nanofili, è aumentato notevolmente. Per soddisfare le esigenze della ricerca odierna, LINSEIS ha sviluppato due diversi portacampioni per film e lamine indipendenti o rivestimenti su substrato per la piattaforma LSR. Grazie al design unico dei portacampioni, con l’LSR è possibile caratterizzare un gran numero di campioni preparati in modo diverso in termini di spessore del rivestimento e metodo di produzione.
Accessori disponibili
Portacampioni per campioni rotondi
Opzione termocoppie e telecamera
Termocoppie standard: per la massima precisione
Termocoppie con rivestimento: per i campioni più esigenti
Termocoppie di tipo K/S/C:
- Tipo K per misurare le basse temperature
- Tipo S per misurazioni ad alta temperatura
- Tipo C per tutti i campioni che attaccano il platino
Opzione fotocamera
- Opzione telecamera per la misurazione della distanza della sonda
- consente di effettuare misurazioni di resistenza ad alta precisione
- Pacchetto software incluso
Caratteristiche uniche
Misurazioni nell'intervallo di temperatura
da -100°C a 1500°C utilizzando i forni intercambiabili
.
Misurazione diretta dello ZT con il metodo Harman
Forno a infrarossi ad alta velocità per
un eccellente controllo della temperatura e una maggiore produzione di campioni
Ampia scelta di termocoppie e opzione di telecamera
per misurazioni precise della resistenza
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giovedì dalle 8.00 alle 16.00
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Specifiche
Nero su bianco
Caratteristiche speciali
- Flusso di calore quasi ideale e unidimensionale attraverso il campione
- Grazie all’opzione high-ohm e alle termocoppie posizionabili in modo variabile, è possibile misurare in modo affidabile anche i campioni più difficili.
- È possibile effettuare misurazioni in un intervallo di temperatura compreso tra -100°C e 1500°C utilizzando forni intercambiabili.
- Misurazione diretta dello ZT sulle gambe (metodo Harman)
- Misurazione della conducibilità termica con il metodo Harman
- Forno a infrarossi ad alta velocità per un eccellente controllo della temperatura durante la misurazione e una maggiore produttività dei campioni
- Ampia scelta di termocoppie disponibili (range di temperatura, con guaina, a stelo)
- Opzione telecamera per misurazioni di resistività di alta precisione
MODELL | LSR-3 (LSR L31) |
|---|---|
| Temperaturbereich: | Infrarot-Ofen: RT bis 800°C/1100°C Widerstands-Ofen: RT bis 1500°C Niedertemperatur-Ofen: -100°C bis 500°C |
| Messmethode: | Seebeck Koeffizient: Statische DC Methode / Slope-Methode Elektrischer Widerstand: Vier-Punkt-Messung |
| Atmosphäre: | Inert, reduzierend, oxidierend, Vakuum Heliumgas mit niedrigem Druck empfohlen |
| Probenhalter: | Vertikale Einspannung zwischen zwei Elektroden Optionaler Adapter für Folien und dünne Schichten |
| Probengröße (Zylinder oder Rechteck): | 2 bis 5 mm Grundfläche und max. 23 mm lang bis zu einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von max. 23 mm lang |
| Probengröße rund (Scheibenform): | 10, 12.7, 25.4 mm |
| Messabstand der Thermoelemente: | 4, 6, 8 mm |
| Wasserkühlung: | erforderlich |
| Messbereich Seebeck-Koeffizient: | 1µV/K bis 5000 µV/K (statisches Gleichstromverfahren) Genauigkeit ±7% / Wiederholbarkeit ±3,5% |
| Messbereich Elektrische Leitfähigkeit: | 0,01 bis 2×10 5 S/cm Genauigkeit ±10% / Wiederholbarkeit ±5% |
| Stromquelle: | Driftarme Stromquelle von 0 bis 160 mA (optional 220 mA) |
| Elektrodenmaterial: | Nickel (-100 bis 500°C) / Platin (-100 bis +1500°C) |
| Thermoelemente: | Typ K/S/C |
| * 5% für LSR inklusive Kamera-Option | |
Addon | LSR-3 (LSR L31) Upgrade |
| DC Harman-Methode: | Direkte ZT-Messung an thermoelektrischen Schenkeln |
| Temperaturbereich: | -100 bis +400°C RT bis +400°C |
| Probenhalter: | Nadelkontakte für adiabatische Messbedingungen |
| Probengröße: | 2 bis 5 mm im Rechteck und max. 23 mm lang bis 6 mm im Durchmesser und max. 23 mm lang Module bis 50mm x 50mm |
Scheda tecnica
Software
Rendere i valori visibili e comparabili
Il potente software di analisi termica LINSEIS, basato su Microsoft® Windows®, svolge la funzione più importante nella preparazione, esecuzione e valutazione degli esperimenti termoanalitici, oltre all’hardware utilizzato. Con questo pacchetto software, Linseis offre una soluzione completa per la programmazione di tutte le impostazioni specifiche del dispositivo e delle funzioni di controllo, nonché per l’archiviazione e la valutazione dei dati. Il pacchetto è stato sviluppato dai nostri specialisti software interni e dagli esperti di applicazioni ed è stato sperimentato e testato per molti anni.
Proprietà generali
- Valutazione automatica del coefficiente Seebeck e della conduttività elettrica
- Controllo automatico del contatto con il campione
- Crea programmi di misurazione automatici
- Creazione di profili di temperatura e gradienti di temperatura per la misurazione di Seebeck
- Valutazione automatica delle misure Harman (opzionale)
- Display a colori in tempo reale
- Scala automatica e manuale
- Visualizzazione degli assi liberamente selezionabili (ad es. coefficiente di Seebeck (asse y) rispetto alla temperatura (asse y))
- Calcoli matematici (es. derivate prime e seconde)
- Database per l’archiviazione di tutte le misure e le analisi
- Multitasking (è possibile utilizzare diversi programmi contemporaneamente)
- Opzione multiutente (account utente)
- Opzioni di zoom per le sezioni delle curve
- È possibile caricare un numero qualsiasi di curve una sopra l’altra per confrontarle.
- Menu Aiuto online
- Etichettatura libera delle curve
- Funzioni di esportazione semplificate (CTRL C)
- Esportazione dei dati di misura in EXCEL® e ASCII
- Le curve di zero possono essere calcolate
- Valutazione statistica della curva (curva del valore medio con intervallo di confidenza)
- Stampa tabellare dei dati
Applicazioni
Esempio di applicazione: Constantan (riferimento per le alte temperature)
A differenza del campione di riferimento Bi2Te3(SRM 3451)™ fornito dal NIST, che può essere utilizzato solo in un intervallo di temperatura limitato fino a 390 K, il nostro campione di riferimento alternativo in costantana può essere utilizzato come riferimento per le alte temperature fino a 800°C. La seguente misurazione mostra una curva di misura tipica, che rientra nelle tolleranze specificate.
Esempio di applicazione: lega SiGe
Le leghe di silicio-germanio sono materiali termoelettrici stabili alle alte temperature e vengono solitamente utilizzate nelle condizioni ambientali più difficili, come ad esempio nelle missioni spaziali o alle alte temperature per il recupero di energia dal calore residuo. Tuttavia, la seguente misurazione è stata effettuata per testare il comportamento a bassa temperatura di una lega di nuova concezione.
Esempio di applicazione: misurazione dello ZT del NIST Bi 2 Te 3 (metodo Harman)
La figura seguente mostra la misurazione del campione di riferimento NIST (SRM 3451)™ Bi2Te3, misurato con il metodo Harman per una misurazione diretta dello ZT nella nostra piattaforma LINSEIS LSR.
Il materiale di riferimento NIST (SRM 3451)™ Bi2Te3Bismuth telluride è stato analizzato utilizzando il metodo Harman in combinazione con la nostra piattaforma LINSEIS LSR. La misurazione mostra chiaramente la tipica distribuzione della tensione in un singolo punto di misurazione della temperatura. In questo caso, il valore della “figura di merito” ZT a temperatura ambiente può essere calcolato semplicemente mettendo in relazione la caduta di tensione ohmica e la caduta di tensione termoelettrica. Lo ZT è risultato pari a 0,50 a temperatura ambiente.
Ben informato
