Elektrische Eigenschaften
Messgeräte für die Thermoelektrik
Abwärmenutzung / Thermoelektrische-Generatoren (TEG) / Peltier-Elemente / Sensorik
Seebeck-, Peltier- und Thomson-Effekt
Thermoelektrizität beschreibt ganz allgemein den wechselseitigen Einfluss von Temperatur und Elektrizität in einem Material und basiert auf drei grundlegenden Effekten: dem Seebeck-Effekt, dem Peltier-Effekt und dem Thomson-Effekt. Der Seebeck Effekt wurde im Jahre 1821 von Thomas J. Seebeck, einem deutschem Physiker, entdeckt und beschreibt das Auftreten eines elektrischen Feldes beim Anlegen eines Temperaturgradienten in einem elektrisch isolierten Leiter. Der Seebeck-Koeffizient S ist definiert als Quotient aus negativer Thermospannung und Temperaturdifferenz und ist eine rein materialspezifische Größe, die meist in der Einheit µV/K angegeben wird.
In umgekehrten Fall bewirkt dieser Effekt, dann Peltier Effekt genannt, die Ausprägung eines Temperaturgradient beim anlegen eines äußeren Stromes an den Leiter. Dieses Phänomen ist auf die unterschiedlichen Energieniveaus der Leitungsbänder der beteiligten Materialien zurückzuführen. So müssen die Ladungsträger beim Übergang von einem Material auf das andere entweder Energie in Form von Wärme aufnehmen, wodurch sich die Kontaktstelle abkühlt, oder können aber Energie in Form von Wärme abgeben, wodurch sich die Kontaktstelle erwärmt.
Angesichts der immer stärkeren Verknappung fossiler Brennstoffe und der jüngsten Erkenntnisse zur globalen Erwärmung durch den steigenden Kohlendioxidausstoß, rückte das Gebiet der Thermoelektrizität wegen seiner effektiven Nutzung von Abwärme wieder verstärkt in den Fokus des öffentlichen Interesses. Ziel ist es, die Abwärme von Wärme-Kraftmaschinen, wie beispielsweise Automobilen oder konventionellen Kraftwerken durch thermoelektrische Generatoren (TEG) zu nutzen, um deren Effizienz zu steigern. Aber auch für Kühlungsanwendungen mittels des Peltier Effekts, wie beispielsweise die thermostatisierung temperaturkritischer Bauelemente in Lasern, sind effiziente thermoelektrische Materialien von großem Interesse.
Die thermoelektrische Umwandlungseffizienz eines Materials wird üblicherweise anhand der dimensionslosen Gütezahl ZT verglichen. Diese berechnet sich aus der Wärmeleitfähigkeit, dem Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit.
Um dieser Entwicklung gerecht zu werden, haben wir ein Instrument zur einfachen und äußerst Präzisen Materialcharakterisierung entwickelt. Das Linseis LSR-3 kann sowohl den Seebeck Koeffizienten als auch den elektrischen Widerstand einer Probe in einem Temperaturbereich von -100° C bis 1500°C in einer einzigen Messung bestimmen.
Linseis Elektrische Eigenschaften-Serie
LSR-3
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info[at]linseis.de
Übersicht der Anwendungen und Proben
Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die verschiedenen Messinstrumente für die Thermoelektrik. Diese soll Ihnen als Orientierung dienen. Wenn Sie Fragen zu einer Messung oder einem Material haben, können Sie uns jederzeit über das Kontaktformular eine Nachricht zukommen lassen.
Grün: Messung möglich
Gelb: Messung eventuell möglich
Grau: Messung nicht möglich
MODEL | LSR-3 | LSR-4 | LZT | HCS | TFA |
|---|---|---|---|---|---|
| Info | Standard Plattform | Harman Upgrade für LSR-3 | 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 | | | | | |
| Atmosphäre | | | | | |
| 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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