電気的特性
リンザイス電気特性シリーズ
ゼーベック、ペルチェ、トムソン効果
熱電現象とは、材料における温度と電気の相互作用を指し、ゼーベック効果、ペルチェ効果、トムソン効果の3つの基本的な効果に基づいています。
ゼーベック効果は、1821年にドイツの物理学者トーマス・J・ゼーベックによって発見されました。電気的に絶縁された導体に温度勾配を与えると、電界が発生する現象です。
ゼーベック係数 S は、熱起電力の負の値を温度差で割った値として定義され、材料固有の物性値です。通常、単位は µV/K で表されます。
一方、逆の現象であるペルチェ効果では、導体に外部から電流を流すと、温度勾配が生じます。
この現象は、接合する材料間で伝導帯のエネルギー準位が異なることに起因します。電荷キャリアが一方の材料から他方の材料へ移動する際、熱エネルギーを吸収する場合は接合部が冷却され、熱エネルギーを放出する場合は接合部が加熱されます。
化石燃料の枯渇が懸念され、二酸化炭素排出量の増加による地球温暖化に関する知見が深まるなか、廃熱を有効活用できる熱電技術が、再び注目を集めています。
その目的の一つは、自動車や従来型の発電所などの熱機関から発生する廃熱を、熱電発電モジュール（TEG）によって電力に変換し、エネルギー効率を向上させることです。
一方、ペルチェ効果を利用した冷却用途でも、高性能な熱電材料への関心が高まっています。例えば、レーザー装置内の温度変化に敏感な部品を、一定の温度に制御する用途などが挙げられます。
材料の熱電変換性能を比較する際には、通常、無次元の性能指数 ZTが用いられます。この値は、熱伝導率、ゼーベック係数、電気伝導率に基づいて算出されます。
こうした技術の進展に対応するため、Linseisは材料特性を簡便かつ極めて高精度に評価できる測定装置を開発しました。Linseis LSR-3は、−100℃から1,500℃までの温度範囲で、試料のゼーベック係数と電気抵抗を測定できます。
アプリケーションとサンプルの概要
以下に、サーモエレクトロニクス用各種測定器の概要を示します。これを参考にしてください。測定や材料に関するご質問は、お問い合わせフォームをご利用ください。
緑：測定可能
黄色：測定可能
グレー：測定不可
MODEL | LSR-3 (LSR L33) | LSR-4 | LZT (LZT L32) | HCS L36 | TFA L59 |
|---|---|---|---|---|---|
| Info | Standard Plattform | Harman Upgrade für LSR-3 (LSR L33) | Kombi aus LSR-3 + LFA 1000 | zusätzlich mit Hall Konstante | Thin films auf Linseis Chip |
| Messungen | |||||
| Seebeck Koeffizient | | | | | |
| Resistivity/Conductivity | | | | | |
| Hall Konstante/ Hall mobility / Ladungsträger | | | | | |
| Temperaturleitfähigkeit | | | | | |
| Wärmeleitfähigkeit | | *Hinweis beachten | | | |
| Vollständige ZT Charakterisierung | | | | | |
| Benutzerdefinierte Atmosphären | | | | | |
| Temperaturbereich | -100 bis +1500°C | -100 bis +1500 (Harman -100 bis 300) | -100 bis +1100 | -150 bis +600 | -170 bis +300°C |
| Preis | $$ | $$ | $$$ | $ | $$$ |
| Proben | |||||
| Fest | | | | | |
| Dünnschichten | | **Hinweis beachten | **Hinweis beachten | | |
| * Berechnete Wärmeleitfähigkeit aus der Harman-Methode für direkte ZT-Messung. Die Harman-Methode ist nur für gute thermoelektrische Proben von -100°C bis +300°C anwendbar. ** Seebeck und Widerstand von dünnen Filmen können gemessen werden, aber die Harman-Methode ist nur auf Festkörper, nicht auf Dünnschichten anwendbar. *** Seebeck und der spezifische Widerstand von Dünnschichten können gemessen werden, aber die LFA-Methode ist nur auf Feststoffe und dickere Schichten (> 100 µm) anwendbar. |
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