LSR-3
제백 계수 / 비저항 / 하만 측정법 / ZT
장비 소개
린세이스 LSR을 사용하면 박막 형태 뿐만 아니라 고체 형태의 열전 재료를 거의 완벽하게 특성화 할 수 있습니다. 기본형-LSR-3에서 고체 물질의 제백 계수 및 전기 전도도(또는 저항률)는 최대 자동 온도에서 최대 1500°C까지 자동으로 측정 할 수 있습니다.
기본형은 다양한 옵션과 결합하여 응용 범위를 확장 할 수 있습니다. 예를 들어, 선택 사항인 저온은 액체질소를 사용하여 -100°C부터 완전 자동 측정이 가능합니다 . 특수 박막 어댑터를 사용하면 측정 범위가 확장되고 포일 및 얇은 층을 측정할 수 있습니다. 선택 사항인 카메라를 사용하면 가장 높은 정확도로 전기 전도도를 측정 할 수 있으며 선택 사항인 “고저항”을 사용하면 전기적으로 열악한 전도성 시료도 특성화하기 위해 측정 범위를 크게 확장 할 수 있습니다.
열전 성능 지수 ZT를 계산하기 위해, 열전 재료의 효율을 비교하는 데 널리 사용되는 제백 계수 및 전기 전도도 외에도 재료의 열전도도를 알아야 합니다. 열전달 매개 변수의 측정을 위해 일반적으로 레이저 플래시 측정장치가 필수입니다.
이 문제를 해결하기 위해 린세이스 LSR에 추가레이저 플래시를 통합 할 수 있습니다(참조LZT-미터). 또는 특수 어댑터를 사용하여 소위 말하는 하만 측정법을 사용하여 고체 재료를 특성화 할 수 있습니다. 이를 통해 직접 ZT 측정이 가능하며, 이는 제백 계수 및 전기 전도도의 두 가지 측정과 결합하여 열 전도도에 대한 결론을 도출 할 수 있습니다. 통합 된 하만 측정법의 LSR은 LSR-4입니다. LSR-4에서 측정 전자 장치의 선택 사항 확장을 통해 LSR-4의 모듈(TEG)에 대한 ZT값을 동일한 기본 측정 원리에 따라 임피던스 분광기 형태로 결정할 수 있습니다.
제백 계수 측정의 원리
원통형, 정사각형 또는 직사각형 시료가 두 전극 사이에 수직으로 배치됩니다. 하부 전극 블록 및 선택적으로 상부 전극 블록(온도 구배를 반전시키기 위해)은 가열 코일(2 차 가열기)이 포함되어 있습니다. 전체 측정 장치는 가열로 내부에 위치하고, 측정을 위해 시료를 특정 온도로 가열합니다. 이 온도에 도달하면, 하부 전극의 2차 히터는 시료를 따라 사전 정의된 온도 구배를 생성합니다. 두 개의 측면 접촉 열전대 T1 및 T2는 이제 시료의 고온 접점과 저온 접점 사이의 온도 차이(ΔT = T2-T1)를 측정합니다. 또한 두 가지 열전대 리드 중 하나를 사용하여 기전력 dE (또는 열 전압)를 측정합니다.
고유 한 스프링 메커니즘을 통해 열전쌍의 시료에 대한 최상의 전기적 접점을 제공하므로 매우 정확한 측정이 가능합니다. 수집된 측정 데이터로부터 제백 계수는 다음 공식에 따라 쉽게 계산 될 수 있습니다.
\(\) S = {-Vth}/{Thot -Tcold}
비저항 측정의 원리
시료의 특정 전기 저항 (또는 전기 전도도)을 결정하기 위해 DC4 단자 측정 기술이 사용됩니다. 결과적으로, 접촉 또는 와이어 저항과 같은 기생 영향이 억제되고 측정 정확도가 크게 향상 될 수 있습니다.
열 평형 조건 (ΔT = 0K)에서 측정시 일정한 직류 전류(IDC)는 두 개의 전극을 사용하여 시료에 주입됩니다. 전극 및 시료 치수로 인해, 시료내의 거의 이상적인 1차원 전류 흐름이 가정 될 수 있습니다. 전압 강하(VΩ)은 시료의 길이 “t”의 일부에 대해 2개의 열전쌍 와이어 중 하나를 사용하여 다시 측정됩니다.
측정 된 데이터와 열전대 거리 “t”에 따라 비저항과 전기 전도도는 다음 공식에 따라 계산할 수 있습니다.
\(\) ρ = frac V/I ⋅ frac A/L 및 \(\) σ = fra 1/ρ
하만 측정의 원리
하만 측정법은 직류(DC)가 인가된 시료의 시간적 전압 곡선의 측정으로부터 재료의 열전 성능 지수 ZT의 계산 방식 입니다.
측정을 위해 두 개의 바늘 접점을 통해 열전 시료에 전류가 주입됩니다. 펠티에 효과로 인해 두 전이 중 하나가 로컬로 가열되거나 냉각됩니다. 그 결과 단열 경계 조건으로 인해 시료에 특성 온도 개요가 설정됩니다. 초기 전압 강하(온도 구배가없는 저항 부분)와 고정 전압 강하 측정(열 전압 포함)의 측정 비율을 계산하면 ZT의 치수가 없는 수치를 계산할 수 있습니다.
그것은 다음과 같이 계산됩니다.
\(\) ZT = frac {V_ {th}} {V_ {ohm}} [/ latex]
계산과 비교한 하만 측정법의 기본 장점ZT단일 측정에서 하나의 계측기 만 필요하고 하나의 시료만 준비하면 되며 결과 측정 오류는ZT직접 측정으로 인해 훨씬 작습니다. 반면에, 측정 방법은 최대 400°C의 우수한 열전 재료에만 사용할 수 있다는 단점이 있습니다.
박막 및 포일 용 어댑터
벌크 재료에 비해 고유한 특성으로 인해 최근 박막 또는 나노 와이어와 같은 나노 구조 시료에 대한 관심이 크게 높아졌습니다. 당사는 오늘날의 연구 요구를 충족시키기 위해 LSR용 기판에 독립형 필름 또는 코팅을 위한 두 가지 시료 거치대를 개발했습니다. 시료 거치대의 고유한 설계 덕분에 LSR을 사용한 코팅 두께 및 생산 방법 측면에서 여러 가지 다르게 준비된 시료를 특성화 할 수 있습니다.
사용 가능한 부속품
디스크형 시료용 시료 거치대
LSR을 사용하여 원통형 시료(최대 ø 6mm x 23mm 높이), 막대형 시료(최대 5mm x 5mm 및 23mm 높이의 공간) 또는 디스크형 시료(직경 10mm, 12.7mm 또는 25.4mm)와 같이 다른 시료 형상을 측정 할 수 있습니다. 시료를 통한 열 및 전기의 1차원적 흐름을 보장하기 위해 시료의 공간은 이상적으로 전극의 표면적보다 작거나 같아야 합니다.
기본형에서는 두 가지 다른 시료 거치대를 측정에 사용할 수 있습니다. TEG(열전 발전기)에서는 원통형 및 막대 모양의 시료가 일반적인 구성이지만 원자 램프 또는 제논 플래시 시스템, 종종 디스크 모양의 시료 형상이 필요합니다. 시간이 많이 걸리는 시료 준비 단계를 피하고 처음부터 잠재적인 오류 원인을 피하기 위해 LSR에는 시료 거치대(선택 사항)를 장착 할 수 있습니다. (독일 DLR)디스크형 시료의 제백 계수 및 전기 전도도를 측정 할 수 있습니다.
열전대 및 카메라 선택 사항
표준 열전쌍 : 최고의 정밀도
시스 열전쌍 : 까다로운 시료용
K / S / C 열전쌍 유형 :
- 저온 측정을위한 타입 K
- 고온 측정을위한 타입 S
- 백금과 반응하는 시료의 경우 타입 C
카메라 옵션
- 프로브 거리 측정을위한 카메라 옵션
- 최고 정확도 저항 측정 가능
- 소프트웨어 패키지 포함
사양
| 모델 | LSR-3 |
|---|---|
| 온도 범위 : | -100°C ~ 500°C 상온 ~ 800°C / 1100°C / 1500°C |
| 측정 원리 : | 제백 계수 : 정상 상태 DC 방법 / 기울기 방법 비저항 : DC4 단자 측정 |
| 분위기 : | 불활성, 환원, 산화, 진공. |
| 시료 치대 : | 두 전극 사이의 수직 박막 및 포일 용 옵션 어댑터 |
| 시료 크기(원통 또는 직사각형) : | 2 ~ 5 mm 푸드 프린트 및 최대 길이 23mm 최대 직경 6 mm 및 최대 길이 23mm |
| 시료 크기(디스크 모양) : | 10, 12.7, 25.4mm |
| 조정 가능한 프로브 거리 : | 4, 6, 8mm |
| 수냉 : | 필수 |
| 측정 범위 제백 계수 : | 1 ~ 2500µV/K 정확도 ±7% / 재현성 ±3% |
| 측정 범위 전기 전도도 : | 0,01 ~ 2 * 105S/cm 정확도 ±5-8*% / 재현성 ±3% |
| 현재 소스 : | 0에서 160mA까지 우수한 장기 안정성 |
| 전극 재료 : | 니켈 (-100°C ~ 500°C) / 백금(-100°C ~ + 1500°C) |
| 열전쌍 : | 타입 K / S / C |
* LSR 포함 5% 카메라 옵션
| 모델 | LSR-4 |
|---|---|
| DC 하만 측정법 : | 열전 레그에 대한 직접적인 ZT 결정 |
| AC 임피던스 분광법 : | 열전 모듈(TEG / Peltier-Module)에서의 직접 ZT 결정 |
| 온도 범위 : | -100°C ~ + 400°C 상온 ~ 400°C |
| 시료 거치대 : | 단열 측정 조건을 위한 바늘 접점 |
| 시료 크기: | 2 ~ 5mm(직사각형) 및 최대 길이 23mm 최대 직경 6mm 및 최대 길이 23mm 최대 50mm x 50mm 모듈 |
소프트웨어
모든 린세이스 열 분석기 소프트웨어는 PC로 제어됩니다. 개별 소프트웨어는 Microsoft® Windows® 운영 체제를 기반으로 하여 열 분석 실험의 준비, 실행 및 분석에서 가장 중요한 기능을 수행합니다. 린세이스는 이 소프트웨어를 통해 모든 장치별 설정 및 제어 기능을 프로그래밍하고 데이터 저장 및 분석을 위한 기능을 제공합니다. 이 소프트웨어 장비 및 응용 프로그램 전문가가 사용자가 사용하기 쉬운 응용 소프트웨어를 개발했습니다.
일반적인 특징
- 제백 계수 및 전기 전도도 자동 분석
- 시료 접촉 자동 제어
- 자동 측정 프로그램 생성
- 제백 측정을 위한 온도 개요 및 온도 구배 생성
- 하만 측정의 자동 분석(선택 사항)
- 실시간 컬러 렌더링
- 자동 및 수동 크기조정
- 자유롭게 선택할 수 있는 축(예 : 온도 (x축) 대 델타L(y 축))
- 수학적 계산(예 : 1 차 및 2 차 미분)
- 모든 측정 및 분석을 저장하기 위한 데이터베이스
- 다중 분석(다른 프로그램을 동시에 사용할 수 있음)
- 다중 사용자 옵션(사용자 계정)
- 곡선 자르기의 확대 / 축소 옵션
- 비교를 위해 여러 개의 곡선을 불러올 수 있습니다
- 온라인 도움말 메뉴
- 곡선의 라벨링 자유롭게 가능
- 간단한 내보내기 기능(CTRL C)
- 측정 데이터의 EXCEL® 및 ASCII 내보내기
- 영점 곡선 계산 가능
- 통계 추세 분석(신뢰 구간이 있는 평균값 곡선)
- 데이터의 표 생성 가능
응용
적용 예 : Constantan (고온 기준)
최대 390K의 제한된 온도 범위에서만 사용할 수 있는 기준 시료(SRM 3451)™ NIST Bi2Te3 은 대체 상수 기준 시료를 최대 800°C의 고온 기준으로 사용할 수 있습니다. 다음 측정 값은 일반적인 허용 범위 내에 있는 일반적인 허용 곡선을 보여줍니다.
적용 사례 : SiGe-alloy
실리콘 게르마늄 합금은 공간 안정성과 같은 까다로운 환경 조건 또는 폐열 회수를 위한 고온에서 가장 자주 사용되는 고온 안정 열전 재료입니다. 그러나, 새롭게 개발된 합금의 저온 거동을 확인하기 위해 다음 측정을 수행 했습니다.
적용 사례 : NIST Bi2Te3의 하만 측정법을 사용한 기준 시료의 ZT
다음 그림은 린세이스LSR에서 직접 ZT 측정을 위해 하만 측정법으로 측정 한NIST Bi2Te3(SRM 3451) ™ 시료의 측정 값을 보여줍니다. 측정의 특성 전압 분포를 명확하게 볼 수 있습니다. 발생하는 열전 전압과 관련하여 전압의 저항 성분을 설정함으로써 분석이 수행됩니다. 제시된 측정은 실온에서 단일 측정 지점입니다.
