Анализатор теплопроводности LZT-Meter (LZT L33)

Прибор LINSEIS LZT-Meter — это передовое решение для комплексного анализа термоэлектрических свойств материалов, разработанное компанией LINSEIS, мировым лидером в области термоанализа. Это первый в мире коммерческий прибор, способный измерять фигуру мерита (ZT) в одной экспериментальной установке, что делает его незаменимым инструментом для научных исследований и промышленной разработки эффективных термоэлектрических материалов.

Термоэлектрические материалы находят всё более широкое применение в современных технологиях: от портативных охладителей и систем терморегулирования электроники до генераторов энергии на основе утилизации тепловых потерь (например, в автомобильной промышленности для снижения выбросов CO₂). Эффективность таких материалов определяется показателем ZT, который зависит от трёх ключевых параметров: коэффициента термо-ЭДС (эффект Зеебека), электрической проводимости и теплопроводности. Традиционно эти параметры измерялись на разных приборах, что вело к погрешностям из-за различий в образцах, условиях и геометрии.

LZT-Meter устраняет эту проблему, позволяя измерять все необходимые параметры на одном образце, в одних и тех же условиях — что обеспечивает высочайшую точность и сопоставимость данных.

Уникальная интеграция методов

Прибор объединяет в себе лазерный метод (LFA) для определения теплопроводности и анализатор термо-ЭДС и электросопротивления (LSR). Это позволяет за один цикл измерения получить:

• Коэффициент Зеебека (S) — измеряется статическим методом постоянного тока по разности температур и термоэлектродвижущей силы.
• Электрическое сопротивление и удельное сопротивление (ρ) — определяется методом четырёх контактов, что исключает влияние контактного сопротивления.
• Тепловую диффузию (a) и теплопроводность (λ) — измеряются методом лазерного импульса (laser flash), при котором передняя поверхность образца облучается коротким импульсом энергии, а ИК-детектор фиксирует рост температуры на тыльной стороне.
• Фигуру мерита (ZT) — рассчитывается автоматически по формуле:
  ZT = (S² · σ · T) / λ,
  где S — коэффициент Зеебека, σ — электрическая проводимость, T — абсолютная температура, λ — теплопроводность.

Принцип работы и конструкция

Образец устанавливается вертикально между верхним и нижним блоками. Нижний блок оснащён дополнительным нагревателем, создающим контролируемый температурный градиент. Термопары измеряют разницу температур, а электроды фиксируют термо-ЭДС. Одновременно через образец пропускается постоянный ток для измерения электросопротивления. Вся система находится внутри печи, что позволяет проводить измерения в широком температурном диапазоне и в различных атмосферах (инертной, окислительной, восстановительной, вакууме).

Для измерения теплопроводности используется модуль лазерного вспыш-метода (LFA) с импульсным источником Nd:YAG (25 Дж), длительностью импульса от 0,05 до 5 мс и высокоскоростным ИК-детектором (InSb или MCT). Теплопроводность рассчитывается по формуле:
λ(T) = a(T) · Cp(T) · ρ(T),
где a — тепловая диффузия, Cp — удельная теплоёмкость, ρ — плотность.

Области применения

LZT-Meter незаменим при разработке и оптимизации термоэлектрических материалов, таких как Bi₂Te₃, (Bi,Sb)₂Te₃, Skutterudites, Half-Heusler и других. Прибор позволяет сравнивать образцы с разным химическим составом, методами синтеза и обработки, выявляя наиболее эффективные комбинации. Пример в документации показывает анализ серии образцов (BiSb)₂Te₃, где построены графики зависимости теплопроводности, электросопротивления, коэффициента Зеебека и итогового ZT от температуры — что даёт полную картину термоэлектрической эффективности.

Технические характеристики

• Температурный диапазон: от -150 °C до 500 °C; от комнатной температуры до 800 °C, 1100 °C или 1500 °C (в зависимости от конфигурации печи)
• Метод измерения коэффициента Зеебека: статический метод постоянного тока
• Метод измерения электросопротивления: четырёхконтактный метод
• Форма образца: цилиндрические (2–4 мм диам. × 6–23 мм длина), диски (10, 12,7, 25,4 мм), возможны тонкие плёнки
• Расстояние между термопарами: 4, 6, 8 мм
• Атмосфера измерения: инертная, окислительная, восстановительная, вакуум
• Источник импульса (LFA): лазер Nd:YAG, 25 Дж
• Длительность импульса: 0,05 – 5 мс
• Детектор (LFA): InSb или MCT
• Диапазон измерения тепловой диффузии: 0,01 – 1000 мм²/с
• Требуется охлаждающая вода: да

Преимущества для бизнеса и исследований

LINSEIS LZT-Meter предлагает модульную конструкцию, позволяющую начать с базовой конфигурации и впоследствии модернизировать систему (смена печей, детекторов и др.). Это делает прибор экономически выгодным решением для лабораторий с меняющимися задачами. Прибор соответствует международным стандартам (ASTM E-1461, DIN 30905, DIN EN 821), что гарантирует достоверность и признание результатов.

Для производителей термоэлектрических генераторов, охладителей Пельтье и новых энергосберегающих материалов LZT-Meter — это ключ к созданию более эффективных продуктов. Благодаря точному определению ZT можно сократить время разработки, минимизировать затраты на испытания и выйти на рынок с конкурентоспособными решениями.

LINSEIS предлагает полный пакет решений: от поставки приборов до калибровки, сервиса и поддержки. Компания представлена в Германии, США, Китае и Франции, обеспечивая надёжное сопровождение клиентов по всему миру.

Выбирая LINSEIS LZT-Meter, вы получаете не просто прибор — вы получаете систему для лидерства в области термоэлектричества.