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SEnsor katalySAtor Messplatz (SESAM)
Der speziell konstruierte Sensor- und Katalysator Messplatz (SESAM) kann Gasgemische aus bis zu acht Einzelgasen erzeugen und in einem Quarzglasreaktor auf bis zu 1200 °C erhitzen bevor es in den Probenraum strömt.
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Elektrochemische Speichercharakterisierung
Die elektrochemische Charakterisierung von elektrischen Energie-Speicherelektroden aus Metalloxiden, Graphen und dotierten Kohlenstoffen wird bei einem Potentiostat REF 3000 (Gamry Instrument) ausgestattet mit einem Electrochemical Energy Software PWR800™ durchgeführt.
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CTEM - Kombinierte thermoelektische Messung
Die CTEM – eine Eigenentwicklung des DLR in Kooperation mit der Universität Halle - liefert eine automatisierte Simultanmessung des Seebeck-Koeffizienten, der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie der thermoelektrischen Effektivität (direkte Messung mit der HARMAN-Methode). Die CTEM vereint damit innerhalb eines Zyklus der Probentemperatur die temperaturabhängige Messung der vier zentralen Materialgrößen eines thermoelektrischen Funktionswerkstoffs im Temperaturbereich von 80–450 K an prismatischen und zylindrischen bulk-Proben.
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Laser-Flash-Anlage zur Bestimmung der thermischen Diffusivität
Das Laser-Flash-Verfahren (LFA 427, Netzsch Gerätebau) wird als ein sehr elegantes, jedoch wenig verbreitetes Messverfahren zur Bestimmung der thermischen Diffusivität im Institut für Werkstoff-Forschung bei eigenen Materialentwicklungen wie auch für zahlreiche Fremdaufträge (Industriekunden und Institute) eingesetzt. Es dient zur Bestimmung der thermischen Diffusivität von homogenen Materialien und Beschichtungen an kleinen scheibenförmigen Proben. Mit einem Einsatzbereich von Raumtemperatur bis 1450 °C deckt es den Bedarf an thermischer Charakterisierung für eine Vielzahl von Material- und Systemproblematiken wie keramische Wärmedämmschichten und thermoelektrische Sensormaterialien ab.
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Hochtemperatur-Messung des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit (300K - 1000K)
Ein wesentlicher Bestandteil der materialrelevanten Charakterisierung thermoelektrischer Funktionswerkstoffe ist in der Relation zwischen Seebeck-Koeffizient und elektrischer Leitfähigkeit sowie den Temperaturverläufen dieser Größen enthalten. Eine Hochtemperatur-Anlage zur Simultan-Messung beider Größen unter Vakuum an zylindrischen Proben wurde im Institut entwickelt. Zentrale Punkte für die Zuverlässigkeit des Verfahrens liegen in der stabilen Kontaktierung der Probe, einer präzisen Temperaturmessung sowie in einer schnellen und präzisen Temperaturregelung.
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Automatisierter Hall-Messplatz zur Charakterisierung elektronischer Transporteigenschaften
Halbleitereigenschaften wie die Konzentration und die Beweglichkeit von Ladungsträgern liefern wichtige Informationen für eine anwendungsorientierte thermoelektrische Materialoptimierung. Die Hall-Anlage des Institutes, ausgestattet mit einem Tieftemperatur- und Hochtemperatur-Messkopf, ermöglicht die temperaturabhängige Bestimmung von Transporteigenschaften (Hall-Koeffizient, elektrische Leitfähigkeit, Seebeck-Koeffizient) im schwachen Magnetfeld (bis 1 T) im Bereich von tiefsten bis zu sehr hohen Temperaturen (10 K–1200 K).
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Thermogenerator-Teststand zur Wirkungsgrad-Bestimmung thermoelektrischer Energiewandler
Wichtigster Leistungsparameter thermoelektrischer Generatoren (TEG) ist der Wirkungsgrad, d. h. derjenige Anteil der hindurch strömenden Wärme, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad kann zusammen mit weiteren technischen TEG-Kenngrößen (thermoelektrische Effektivität und effektive Thermokraft des Materials, Innenwiderstand und Wärmewiderstand des TEG) an einzelnen Generatorelementen oder kompletten Modulen mittels eines im DLR entwickelten TEG-Teststandes unter variablen thermischen und elektrischen Randbedingungen gemessen werden.
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Seebeck-Mikro-Thermosonde
zur Analyse der funktionellen Homogenität von Halbleitern Lokale Scans mit der Seebeck-Thermosonde an Halbleiter-Proben liefern eine unikale Charakterisierungsmöglichkeit zur Homogenität des Materials hinsichtlich der elektrischen Funktionseigenschaften. Das DLR hat diese unikale Technik von einem Kooperationspartner übernommen, weiterentwickelt und für eine Vielzahl von transportphysikalischen und technologischen Problemstellungen diagnostisch eingesetzt. Da der Seebeck-Koeffizient eng mit der elektrischen Leitfähigkeit verknüpft ist, eignet sich die Technik auch zur Prüfung von Standard-Halbleitern hinsichtlich der Homogenität ihrer Dotierungsverteilung.
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Uniaxiales Heißpressen
Ein Schwerpunkt der Präparation thermoelektrischer Materialien im DLR liegt bei der presstechnischen Konsolidierung geeigneter Pulver. Ausgangspulver vielfältiger Materialgruppen (Silizide, Cobaltate, Skutterudite, Zinkantimonid, Bismuttellurid) und verschiedener Qualitäten werden verarbeitet: gasverdüste, schnellerstarrte, reaktionsgesinterte, vorgetemperte, gemahlene, gemischte, u.a. Spezielle schonende Pressverfahren wurden für nanostrukturierte Pulver entwickelt, um deren Gefügestruktur zu erhalten. Composite-Pulver aus elektrischer Funktionskomponente und keramischem Füller wurden gepreßt und die vorteilhaften Eigenschaften nachgewiesen. Apparative Grundlage dieser Arbeiten sind uniaxiale Heißpressen, die bei steuerbaren thermischen und atmosphärischen Bedingungen betrieben werden können.
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