Thiết bị đo hệ số Seebeck / Điện trở suất / Phương pháp Harman / ZT of Modules - LSR 3/LINSEIS

Sử dụng nền tảng Linseis LSR, vật liệu nhiệt điện ở dạng vật liệu rắn hoặc hoặc vật liệu màng mỏng có thể được  xác định được các tính chất đặc trưng. Với phiên bản cơ bản – LSR-3, Cả hệ số Seebeck và độ dẫn điện  (Electrical Conductivity) (hoặc điện trở suất - resistivity) của vật liệu rắn có thể được đo hoàn toàn tự động và đồng bộ tại nhiệt độ tối đa lên đến 1500°C.

Phiên bản cơ bản có thế được kết hợp với các tùy chọn khác nhau để mở rộng phạm vi ứng dụng của thiết bị. Ví dụ, tùy chọn nhiệt độ thấp cho phép đo hoàn toàn tự động với hệ thống  làm lạnh LN₂ giảm xuống đến -100°C. Tùy chọn sử dụng adapter  cho màng mỏng để mở rộng khoảng đo và  cho phép đo các lá màng mỏng. Tùy chọn camera cho phép xác định độ dẫn điện với độ chính xác cao nhất và sử dụng tùy chọn “high-ohm” cho phép mở rộng đáng kể phạm vi đo để mô tả tính chất của mẫu dẫn điện kém.

Nguyên lý của phép đo hệ số Seebeck

Một mẫu hình trụ, vuông, hoặc hình chữ nhật được đặt thẳng đứng giữa 2 điện cực. Khối điện cực dưới, tùy chọn - khối điện cực trên (để đảo ngược Gradient nhiệt độ), chứa một cuộn dây đốt nóng (secondary heater). Toàn bộ hệ thống được bố trí đặt trong lò nung,  lò nung làm nóng mẫu đến một nhiệt độ nhất định để thực hiện phép đo. Khi mà mẫu đạt đến nhiệt độ này, bộ gia nhiệt thứ cấp ở điện cực dưới tạo ra một gradient nhiệt độ được xác định trước dọc theo mẫu đo.  Hai cặp nhiệt điện tiếp xúc T1 và T2 sẽ đo sự khác biệt nhiệt độ (ΔT = T2 – T1) giữa vị trí nóng và lạnh của mẫu.  Ngoài ra, một trong hai dây dẫn của cặp nhiệt điện được sử dụng trong mỗi trường hợp để đo suất điện động dE (hoặc điện áp Vth) xảy ra.

Một cơ chế lò xo độc đáo cho phép tiếp xúc điện tốt nhất có thể của cặp nhiệt điện với mẫu và do đó các phép đo có độ chính xác cao. Từ dữ liệu đo lường thu được, Hệ số Seebeck sau đó có thể dễ dàng tính toán theo công thức sau::

Principle of the resistivity measurement

In order to determine the specific electric resistance (or the electrical conductivity) of the sample, the DC four-terminal measurement technique is used. As a result, parasitic influences such as contact or wire resistances are suppressed and the measurement accuracy can be significantly increased.

For the measurement under thermal equilibrium conditions (ΔT = 0K), a constant direct current (I_DC) is impressed into the sample by means of the two electrodes. Due to the electrodes and sample dimensions, a nearly ideal one-dimensional current flow within the sample can be assumed. The resulting voltage drop (V_Ω) over a portion of length “t” of the sample is again measured using one of the two thermocouple wires.

Based on the measured data and the thermocouple distance “t”, the specific resistance and the electrical conductivity can be calculated according to the following formulas:

Adapter for thin films and foils

Due to their unique properties compared to bulk materials, the interest in nanostructured samples, such as thin films or nanowires, has increased significantly in recent years. To meet the demands of today’s research, LINSEIS has developed two different sample holders for free-standing films and films or coatings on a substrate for the LSR platform. Thanks to the unique design of the sample holders, a large number of differently prepared samples can be characterized in terms of coating thickness and production method with the LSR.