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Messung des Seebeck-Koeffizienten bei mittleren Temperaturen (80-800K)

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Das Verfahren dient zur temperaturabhängigen Bestimmung des Seebeck-Koeffizienten an plattenförmigen Proben zwischen Flüssigstickstoff-Temperatur und ca. 500 °C. Es wurde am DLR für eine schnelle und zuverlässige Seebeck-Messung an Proben variabler Geometrie entwickelt. Die Anordnung ermöglicht einen einfachen und schnellen Probenwechsel ohne aufwändige Probenvorbereitung. Verschiebbare Blöcke der Probenhalterung ermöglichen Untersuchungen an balkenförmigen Proben einer Länge zwischen 12 mm und 30 mm. Höchstmögliche Messgenauigkeit wird für möglichst lange, möglichst schmale und dünne Proben erreicht. Die Messung der Thermospannungen und Temperaturdifferenzen erfolgt über Thermoelemente, die mit Federkraft angedrückt werden.

Messablauf

Mit Hilfe der Gradientenheizer wird eine Abfolge unterschiedlicher kleiner Temperaturdifferenzen im Bereich von 1–3 K über der Probe eingestellt. Die zugehörigen Thermospannungen, die gegen die beiden Thermoelement-Materialien gemessen werden, werden aufgezeichnet. Der Geradenanstieg bei Auftragung der beiden Thermospannungen gegen einander geht (gemeinsam mit der Kennlinie der Mess-Thermoelemente) in die Berechnung des Seebeck-Koeffizienten ein, wodurch störende konstante Offsetspannungen direkt eliminiert werden.
Der Messkopf befindet sich thermisch geschirmt in einem Vakuum-Rezipienten und verfügt über einen gasstromgeregelten Kaltgas-Kryostaten mit integrierter Heizung, der einen durchgehenden automatisch gesteuerten Temperaturzyklus von kryogenen Temperaturen bis ca. 500 °C ermöglicht. Mit diesem Temperaturintervall wird der Messbereich für viele der wichtigsten thermoelektrischen Materialien (Bismuttellurid, Skutterudite, Zinkantimonid u. v. a.) abgedeckt.