Descripción de la
Al grano
La plataforma LSR de Linseis puede utilizarse para caracterizar materiales termoeléctricos casi por completo, tanto en forma de materiales sólidos como de láminas delgadas.
En la versión básica LSR-3, tanto el coeficiente Seebeck como la conductividad eléctrica (resistencia eléctrica) de los materiales sólidos pueden medirse de forma totalmente automática y simultánea hasta una temperatura máxima de 1500°C.
La versión gund puede combinarse con varias opciones para ampliar el abanico de aplicaciones.
Por ejemplo, la opción de baja temperatura permite realizar mediciones totalmente automáticas con refrigeración por LN2 hasta -100 °C y utilizar un adaptador especial para películas finas para medir películas y capas finas.
Una cámara opcional permite determinar la conductividad eléctrica con la máxima precisión y el uso de la opción de alta impedancia amplía significativamente el rango de medición, de modo que también se pueden caracterizar muestras con una conductividad eléctrica deficiente.
Dado que para calcular la cifra adimensional de mérito ZT se necesita la conductividad térmica además del coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica, suele ser necesario utilizar otro aparato de medición, como un LaserFlashpor ejemplo.
Para resolver este problema, se puede integrar un LaserFlash adicional en la plataforma Linseis LSR (ver Medidor LZT) o se puede utilizar un adaptador especial, que permite la medición de materiales sólidos mediante el método Harman. Se trata de una determinación directa de la ZT que, en combinación con las dos mediciones originales, permite extraer conclusiones sobre la conductividad térmica. La plataforma LSR con el método Harman integrado se denomina LSR-4 debido a su importante valor añadido. Mediante una ampliación opcional de la electrónica de medición, en la plataforma LSR-4 también se puede determinar el valor ZT de los módulos (TEG) utilizando el mismo principio de medición en forma de espectroscopia de impedancia.
Principio de medición Coeficiente Seebeck
Una muestra cilíndrica, cuadrada o rectangular se coloca verticalmente entre dos electrodos.
El bloque de electrodos inferior y, opcionalmente, también el superior (para invertir el gradiente de temperatura) contienen una bobina de calentamiento (calentador secundario).
Todo el dispositivo de medición se encuentra en un horno, que calienta la muestra a una temperatura específica para la medición.
Cuando se alcanza esta temperatura, el calentador secundario del electrodo inferior genera un gradiente de temperatura predefinido a lo largo de la muestra.
Dos termopares T1 y T2 en contacto lateral miden ahora la diferencia de temperatura (ΔT = T2 – T1) entre el contacto caliente y el frío de la muestra.
Además, uno de los dos cables del termopar se utiliza para medir la fuerza electromotriz dE (o tensión termoeléctrica Vth).
Un mecanismo de resorte único permite el mejor contacto eléctrico posible entre los termopares y la muestra y, por tanto, mediciones muy precisas. El coeficiente Seebeck puede calcularse fácilmente a partir de los datos de medición obtenidos mediante la siguiente fórmula:
Principio de medición Conductividad eléctrica
Para determinar la resistencia eléctrica específica o la conductividad eléctrica de las muestras, se utiliza una medición de CC de cuatro hilos. Esto permite suprimir las influencias parásitas, como la resistencia de los contactos o de los hilos, y aumentar considerablemente la precisión de la medición.
Para la medición en equilibrio térmico (ΔT = 0K), se imprime una corriente continua constante(IDC) en la muestra utilizando los dos electrodos.
Debido a las dimensiones de los electrodos y de la muestra, se puede suponer un flujo de corriente unidimensional casi ideal dentro de la muestra.
La caída de tensión resultante (VΩ) en una sección de la longitud «t» de la muestra se mide de nuevo utilizando uno de los dos hilos del termopar.
A partir de los datos de medición y de la distancia «t» entre termopares, la resistencia específica y la conductividad eléctrica pueden calcularse mediante las fórmulas siguientes.
Principio de medición Método Harman
El método Harman permite calcular la figura de mérito termoeléctrica ZT de un material midiendo la curva de tensión de una muestra a lo largo del tiempo cuando se aplica una corriente continua (CC).
Para la medición, se inyecta una corriente en una muestra termoeléctrica a través de dos contactos de aguja.
Debido al efecto Peltier, una de las dos uniones se calienta o enfría localmente.
Como resultado, se crea un perfil de temperatura característico sobre la muestra debido a las condiciones de contorno adiabáticas.
Si se calcula la relación entre la medición de la caída de tensión inicial (parte óhmica sin gradiente de temperatura) y la medición de la caída de tensión estacionaria (incluida la tensión termoeléctrica), se puede calcular el factor de calidad adimensional ZT (y a partir de él también la conductividad térmica lambda).
Las ventajas básicas del método Harman en comparación con el cálculo del ZT a partir de mediciones individuales son que sólo se necesita un único dispositivo de medición, sólo hay que preparar una única muestra y el error de medición resultante para el ZT es significativamente menor debido a la medición directa.
La desventaja, sin embargo, es que el método de medición sólo puede utilizarse para buenos materiales termoeléctricos y hasta un máximo de 400°C.
Adaptador para capas y láminas finas
Debido a sus propiedades únicas en comparación con los materiales sólidos, el interés por las muestras nanoestructuradas, como películas finas o nanocables, ha aumentado considerablemente en los últimos años.
Para satisfacer los requisitos de la investigación actual, LINSEIS ha desarrollado dos portamuestras diferentes para películas independientes y láminas o recubrimientos sobre un sustrato para la plataforma LSR.
Gracias al diseño exclusivo de los portamuestras, con la LSR se puede caracterizar un gran número de muestras preparadas de forma diferente en cuanto al grosor del revestimiento y el método de producción.
Accesorios disponibles
Soporte para muestras redondas
Opción de termopares y cámara
Termopares estándar: para la máxima precisión
Termopares encamisados: para muestras exigentes
Termopares tipo K/S/C:
- Tipo K para mediciones a baja temperatura
- Tipo S para mediciones a alta temperatura
- Tipo C para todas las muestras que atacan al platino
Opción de cámara
- Opción de cámara para medir la distancia de la sonda
- permite mediciones de resistencia de alta precisión
- Paquete de software incluido
Características únicas
Mediciones en la gama de temperaturas de -100°C a 1500°C utilizando hornos intercambiables
Medición directa del ZT mediante el método de Harman y la espectroscopia de impedancia
Horno de infrarrojos de alta velocidad para un excelente control de la temperatura y un mayor rendimiento de las muestras
Amplia selección de termopares y opción de cámara para mediciones precisas de resistencia
Línea de atención telefónica
+49 (0) 9287/880 0
Nuestro servicio está disponible de lunes a jueves de 8 a 16 h y los viernes de 8 a 12 h.
¡Estamos a tu disposición!
Especificaciones
Negro sobre blanco
Características especiales
- Flujo de calor casi ideal y unidimensional a través de la muestra
- Gracias a la opción de alto ohmio y a los termopares de posicionamiento variable, se pueden medir con fiabilidad incluso las muestras más exigentes.
- Es posible realizar mediciones en el intervalo de temperatura de -100°C a 1500°C utilizando hornos intercambiables
- Medición directa de ZT en patas (método Harman) y módulos (espectroscopia de impedancia)
- Medición de la conductividad térmica mediante el método de Harman
- Horno de infrarrojos de alta velocidad para un excelente control de la temperatura durante la medición y un mayor rendimiento de la muestra
- Amplia selección de termopares disponibles (rango de temperatura, envainados, libres)
- Opción de cámara para mediciones de resistividad de alta precisión
MODELL | LSR-3 |
|---|---|
| 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-4 Upgrade |
| DC Harman-Methode: | Direkte ZT-Messung an thermoelektrischen Schenkeln |
| AC Impedanz-Spektroskopie: | Direkte ZT-Messung an thermoelektrischen Modulen (TEG/Peltier-Modul) |
| 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 |
Ficha técnica
Software
Hacer visibles y comparables los valores
El potente software de análisis térmico LINSEIS, basado en Microsoft® Windows®, desempeña la función más importante en la preparación, ejecución y evaluación de los experimentos termoanalíticos, además del hardware utilizado. Con este paquete de software, Linseis ofrece una solución completa para programar todos los ajustes específicos del aparato y las funciones de control, así como para almacenar y evaluar los datos. El paquete ha sido desarrollado por nuestros propios especialistas en software y expertos en aplicaciones, y ha sido probado durante muchos años.
Propiedades generales
- Evaluación automática del coeficiente Seebeck y de la conductividad eléctrica
- Control automático del contacto de la muestra
- Crear programas automáticos de medición
- Creación de perfiles de temperatura y gradientes de temperatura para la medición Seebeck
- Evaluación automática de las mediciones Harman (opcional)
- Visualización en color en tiempo real
- Escalado automático y manual
- Visualización de los ejes de libre elección (por ejemplo, coeficiente Seebeck (eje y) frente a temperatura (eje y))
- Cálculos matemáticos (por ejemplo, primera y segunda derivadas)
- Base de datos para archivar todas las mediciones y análisis
- Multitarea (se pueden utilizar diferentes programas al mismo tiempo)
- Opción multiusuario (cuentas de usuario)
- Opciones de zoom para las secciones de las curvas
- Se puede cargar cualquier número de curvas una encima de otra para compararlas
- Menú Ayuda en línea
- Etiquetado libre de las curvas
- Funciones de exportación simplificadas (CTRL C)
- Exportación EXCEL® y ASCII de los datos de medición
- Se pueden calcular curvas cero
- Evaluación estadística de la curva (curva de valor medio con intervalo de confianza)
- Impresión tabular de los datos
Aplicaciones
Ejemplo de aplicación: Constantan (referencia de alta temperatura)
A diferencia de la muestra de referencia Bi2Te3(SRM 3451)™ proporcionada por el NIST, que sólo puede utilizarse en un rango de temperatura limitado hasta 390 K, nuestra muestra de referencia alternativa de constantano puede utilizarse como referencia de alta temperatura hasta 800 °C. La siguiente medición muestra una curva de medición típica, que se encuentra dentro de las tolerancias especificadas.
Ejemplo de aplicación: aleación SiGe
Las aleaciones de silicio-germanio son materiales termoeléctricos estables a altas temperaturas y suelen utilizarse en las condiciones ambientales más exigentes, como en misiones espaciales o a altas temperaturas cuando se recupera energía del calor residual. Sin embargo, la siguiente medición se llevó a cabo para comprobar el comportamiento a baja temperatura de una aleación de nuevo desarrollo.
Ejemplo de aplicación: medición del ZT del NIST Bi2Te3 referencia (método Harman)
La siguiente figura muestra la medición de la muestra de referencia NIST (SRM 3451)™ Bi2Te3, medida mediante el método Harman para una medición directa de ZT en nuestra plataforma LINSEIS LSR.
El material de referencia NIST (SRM 3451)™ Bi2Te3Telururo debismuto se ha analizado utilizando el método Harman en combinación con nuestra plataforma LINSEIS LSR. La medición muestra claramente la distribución típica de la tensión en un único punto de medición de la temperatura. En este caso, el valor de la «figura de mérito» ZT a temperatura ambiente puede calcularse simplemente poniendo en relación la caída de tensión óhmica y la caída de tensión termoeléctrica. Se comprobó que ZT es de 0,50 a temperatura ambiente.
Bien informado
