Método Harman
Medição direta do índice de qualidade ZT através do método Harman
A figura de mérito termoelétrico ZT pode ser calculado a partir dos resultados das medições individuais da condutividade eléctrica o coeficiente de coeficiente de Seebeck e da condutividade térmica podem ser calculados ou medidos diretamente. Um método comum para a determinação direta é o método Harman.
Para a medição, uma amostra termoeléctrica na forma de uma haste cilíndrica ou retangular é contactada eletricamente em ambas as extremidades e com dois contactos numa das superfícies laterais (ver figura a) abaixo).
a) Configuração esquemática para a medição direta da ZT de materiais termoeléctricos utilizando o método Harman.
b) Curva de medição de uma medição Harman com queda de tensão óhmica UR e tensão térmica Uth que ocorre com a corrente de medição I aplicada.
Para garantir a exatidão das medições, é crucial criar as melhores condições adiabáticas possíveis, ou seja, minimizar a troca de calor entre a amostra e o ambiente.
Por esta razão, a medição é normalmente efectuada sob vácuo e a amostra é armazenada livremente ou fixada numa placa de base controlada por termóstato.
Além disso, é normalmente utilizado um escudo térmico para reduzir a troca de calor por radiação entre a amostra e o ambiente.
A medição é iniciada imprimindo uma corrente I0 entre os contactos nas extremidades, pelo que uma junção entre a amostra e o elétrodo é aquecida e a outra é arrefecida devido ao efeito Peltier. As condições de fronteira adiabáticas conduzem então a um gradiente de temperatura ao longo da amostra, cuja dimensão depende da corrente impressa e das propriedades termoeléctricas da amostra. As sondas de tensão na superfície lateral da amostra são utilizadas para medir tanto a componente óhmica da queda de tensão UR devido à corrente impressa como a tensão térmica Uth resultante do gradiente de temperatura (ver Fig. 1b).
A componente óhmica é medida diretamente após a injeção de corrente, enquanto a tensão térmica é determinada no estado final estável. A ZT pode ser determinada diretamente a partir do rácio das duas tensões.
A precisão do método de medição depende fortemente do cumprimento das condições de medição adiabáticas e da resistência de contacto entre a amostra e os eléctrodos de corrente. Isto limita a temperatura máxima de funcionamento da instalação de medição baseada na tecnologia Harman a uma temperatura máxima de funcionamento de 200°C a 300°C
Que propriedades são avaliadas?
O método Harman pode ser utilizado para a medição direta da figura de mérito termoeléctrica ZT. Esta medição direta permite minimizar o erro do ZT em boas condições experimentais, em comparação com a forma convencional de calcular o ZT a partir de medições individuais efectuadas com um LSR-3 e LFA à medida que as barras de erro das medições individuais se acumulam.
A mesma fórmula também mostra que a condutividade térmica pode ser calculada como uma propriedade do material a partir de uma medição combinada de Harman e do fator de potência. Esta pode ser uma solução simples e económica para medir as propriedades de transporte de calor de amostras termoeléctricas com um dispositivo padrão, como o Linseis LSR-3.