Método Harman
Medición directa de la figura de mérito ZT mediante el método Harman
La figura de mérito figura de mérito ZT puede calcularse a partir de los resultados de las mediciones individuales de la Conductividad eléctrica, Coeficiente Seebeck y Conductividad térmica o medida directamente. Un método común para la determinación directa es el método de Harman.
Para la medición, se pone en contacto eléctrico una muestra termoeléctrica en forma de cilindro o varilla por las dos caras extremas y con dos contactos por una de las caras laterales (ver imagen inferior).
a) Montaje esquemático para la medición directa del ZT de materiales termoeléctricos mediante el método Harman.
b) Curva de medición de una medición Harman con caída de tensión óhmica UR y tensión térmica incidente Uth con corriente de medición aplicada I.
Para que la medición sea precisa, es fundamental crear unas condiciones adiabáticas lo mejor posible, es decir, reducir al mínimo el intercambio de calor entre la muestra y el entorno.
Por este motivo, la medición suele realizarse en condiciones de vacío y la muestra se almacena de forma independiente o se fija en una placa base con control termostático.
Además, se suele utilizar un escudo térmico para reducir el intercambio de calor por radiación entre la muestra y el entorno.
La medición se inicia imprimiendo una corriente I0 entre los contactos de las caras extremas, con lo que una transición entre la muestra y el electrodo se calienta y la otra se enfría debido al efecto Peltier. Las condiciones adiabáticas de contorno dan lugar posteriormente a un gradiente de temperatura a lo largo de la muestra, cuya magnitud depende de la corriente impresa y de las propiedades termoeléctricas de la muestra. Las sondas de tensión de la superficie lateral de la muestra se utilizan para medir tanto la componente óhmica de la caída de tensiónUR, debida a la corriente impresa, como la tensión térmica Uth que se produce como resultado del gradiente de temperatura (ver Fig. 1b).
La componente óhmica se mide directamente después de aplicar la corriente, mientras que la tensión térmica se determina en el estado final estacionario. ZT puede determinarse directamente a partir de la relación de las dos tensiones.
La precisión del método de medición depende en gran medida del cumplimiento de las condiciones adiabáticas de medición y de la resistencia de contacto entre la muestra y los electrodos de corriente. Esto limita la temperatura máxima de funcionamiento de la configuración de medición basada en la técnica Harman a una temperatura máxima de funcionamiento de 200°C a 300°C.
¿Qué propiedades se evalúan?
El método Harman puede utilizarse para medir directamente la figura de mérito termoeléctrica ZT.
Debido a esta medición directa, el error de ZT puede mantenerse pequeño en buenas condiciones experimentales, en comparación con la forma convencional de calcular ZT a partir de mediciones únicas realizadas por un LSR-3 y LFA ya que, en este caso, las barras de error de la medición única se acumulan.
A partir de la misma fórmula también puede verse que la conductividad térmica como propiedad del material puede calcularse a partir de una medición combinada de Harman y el factor de potencia. Esta puede ser una solución fácil y rentable para medir las propiedades de transporte térmico de las muestras termoeléctricas utilizando una plataforma estándar como la Linseis LSR-3.
