Анализатор LSR-4 для измерения термо-ЭДС и электросопротивления

Компания Linseis, лидер в области приборов для термического анализа с 1957 года, представляет передовую систему LSR — высокоточный анализатор для одновременного измерения коэффициента Зеебека (термо-ЭДС) и электрического сопротивления (удельного электросопротивления) в твердых телах и тонких пленках. Прибор LSR, включая усовершенствованную модель LSR-4, разработан для комплексной оценки термоэлектрических свойств материалов, что делает его незаменимым инструментом для научных исследований, разработки новых энергоэффективных материалов и контроля качества в промышленности.

LSR-3 и его расширенная версия LSR-4 позволяют проводить одновременное определение коэффициента Зеебека и электрического сопротивления в широком температурном диапазоне — от -100 °C до 1500 °C, в зависимости от используемой печи. Это делает прибор идеальным для исследования как низкотемпературных, так и высокотемпературных термоэлектрических материалов, включая сплавы Bi2Te3, SiGe и другие перспективные системы. Благодаря сочетанию немецкой инженерной точности, строгого контроля качества и инновационных решений, оборудование Linseis обеспечивает высочайшую воспроизводимость и достоверность результатов.

Принцип работы LSR основан на статическом градиентном методе. Образец цилиндрической, призматической или квадратной формы устанавливается вертикально между двумя электродами. Нижний электрод оснащен нагревателем, создающим температурный градиент по длине образца. Два термопары (T1 и T2) измеряют разницу температур (ΔT), а также термоэлектродвижущую силу (Vth), возникающую на концах образца. Коэффициент Зеебека рассчитывается по формуле S = –Vth / ΔT. Для измерения электрического сопротивления используется четырехконтактный метод постоянного тока (DC four-terminal), что исключает влияние паразитных сопротивлений контактов и проводов, обеспечивая высокую точность даже для образцов с низким сопротивлением.

Одной из ключевых особенностей LSR-4 является опция метода Хармана (Harman method), позволяющая напрямую определять безразмерный показатель эффективности термоэлектрических материалов — ZT. Этот метод основан на измерении падения напряжения при протекании постоянного тока через образец, что вызывает локальный нагрев/охлаждение за счет эффекта Пельтье. Сравнение омического и полного падения напряжения позволяет рассчитать ZT без необходимости отдельного измерения теплопроводности. Диапазон температур для метода Хармана — до +400 °C. Более того, LSR-4 может быть дополнительно оснащен модулем импедансной спектроскопии, что позволяет проводить прямые измерения ZT не только для отдельных термоэлектрических элементов, но и для готовых модулей — термоэлектрических генераторов (TEG) и элементов Пельтье. Обработка данных выполняется по модели Канадаса (Canadas model), адаптируемой под различные конструкции модулей.

Прибор совместим с различными геометриями образцов: цилиндрическими (до Ø 6 мм, высота 6–23 мм), призматическими (до 6 мм в сечении, высота до 23 мм) и дисковыми (диаметром 10, 12,7 и 25,4 мм). Для исследования тонких пленок и фольг доступен уникальный адаптер, позволяющий анализировать как свободностоящие пленки, так и покрытия на подложках с минимальной подготовкой образца. Это значительно расширяет сферу применения прибора, включая наноструктурированные и гибридные материалы.

Для повышения точности измерений предусмотрены опции: высокоточная камера для контроля расстояния между контактами, различные типы термопар (K, S, C), в том числе защищенные и незащищенные, а также высокоскоростная ИК-печь, обеспечивающая быстрый нагрев и охлаждение, высокую однородность температуры и повышенную пропускную способность. Опция высокого сопротивления позволяет измерять материалы с проводимостью от 0,01 С/см и ниже, что особенно важно для исследований полупроводниковых и диэлектрических термоэлектриков.

Все измерения управляются через ПК с помощью специализированного 32-битного программного обеспечения, работающего под Windows. Программа включает модули управления температурой, сбора данных и анализа результатов. Пользователь может легко настраивать измерения, проводить сравнение до 32 кривых, выполнять вычитание, анализировать производные, экспортировать данные в Excel и ASCII, а также использовать функцию U/I-plot для контроля качества электрических контактов.

Технические характеристики LSR-3/LSR-4:

• Диапазон температур: от -100 °C до 500 °C; от комнатной температуры до 800 °C, 1100 °C или 1500 °C (в зависимости от печи)
• Метод измерения:
  • Коэффициент Зеебека: статический градиентный метод
  • Электрическое сопротивление: четырехконтактный метод постоянного тока
• Дополнительно в LSR-4: метод Хармана (прямое измерение ZT для элементов), импедансная спектроскопия (ZT для модулей)
• Диапазон измерения коэффициента Зеебека: 1–5000 мкВ/К, точность ±7%, воспроизводимость ±3%
• Диапазон измерения электропроводности: 0,01–2×10⁵ С/см, точность ±5–8%, воспроизводимость ±3%
• Источник тока: 0–160 мА (опционально до 220 мА)
• Материал электродов: никель (-100–500 °C), платина (-100–1500 °C)
• Типы термопар: K, S, C
• Размеры образцов:
  • Прутки/цилиндры: 2–5 мм ширина/глубина, Ø 6 мм, высота 6–23 мм
  • Диски: 10, 12,7, 25,4 мм
• Атмосфера измерения: инертная, окислительная, восстановительная, вакуум
• Опции: адаптер для тонких пленок, ИК-печь, камера для измерения расстояния, высокое сопротивление, импедансная спектроскопия

Анализатор LSR от Linseis — это комплексное решение для разработки и тестирования термоэлектрических материалов нового поколения. Благодаря высокой точности, гибкости и расширенным возможностям, включая прямое измерение ZT, прибор обеспечивает конкурентное преимущество в научных лабораториях и промышленных центрах, работающих в области энергосбережения, утилизации тепловых отходов и создания компактных источников питания. Linseis продолжает задавать стандарты в области термоанализа, предлагая технологии, которые ускоряют научные открытия и инновации.