Les matériaux thermoélectriques sont utilisés depuis les années 1990, notamment en réfrigération et en thermométrie. Depuis, les recherches sur ce sujet ont suivi leur cours pour faire des progrès fulgurants, et on peut s'attendre à voir bientôt les matériaux thermoélectriques faire partie de notre quotidien. Par conséquent, il devient nécessaire de mesurer efficacement les propriétés thermoélectriques des matériaux. Dans cet article, vous découvrirez les principales propriétés thermoélectriques et leurs différentes techniques de mesure.
Quelles sont les principales propriétés thermoélectriques et comment sont-elles mesurées?
Les matériaux thermoélectriques possèdent de nombreuses propriétés liées à leur capacité à convertir la chaleur en électricité. Parmi ceux-ci, les principaux sont le coefficient Seebeck et la constante de Hall. La mesure des propriétés thermoélectriques se fait à l'aide de plusieurs appareils de mesure spécifiques. Pour en savoir plus sur ces appareils et leurs conditions d'utilisation, vous pouvez vous rapprocher des marques spécialisées dans leur vente et leur conception. Ce procédé de mesure est de la plus haute importance, puisque c'est celui qui permet une meilleure connaissance des capacités du matériau, et donc son utilisation en toute sécurité et dans des conditions optimales. Outre les deux propriétés mentionnées ci-dessus, il en existe plusieurs autres qu'il peut également être important de mesurer. Ceux-ci comprennent notamment :
– résistivité électrique – diffusivité thermique – magnétorésistance – mobilité – conductivité alpha – et résistance des porteurs de charge
Mesure du coefficient Seebeck et de la résistivité électrique
L'effet Seebeck a été découvert par le physicien allemand Thomas Johann Seebeck en 1821. C'est un phénomène par lequel une différence de potentiel apparaît à la jonction de deux matériaux soumis à une différence de température. Le coefficient Seebeck, quant à lui, exprime cette différence de potentiel entre le matériau à mesurer et une référence.
Il existe plusieurs appareils qui peuvent être utilisés pour mesurer le coefficient de Seebeck. L'un d'eux, le LSR-3, permet de mesurer le coefficient Seebeck et la résistivité électrique. Pour ce faire, le dispositif chauffe l'échantillon de matériau thermoélectrique à évaluer à la température souhaitée, puis crée un gradient de température. Les thermocouples mesurent alors le gradient de température, puis la différence de potentiel pour exprimer la résistance thermique et le coefficient Seebeck. L'avantage du LSR-3 est qu'il mesure deux propriétés en une seule analyse, mais il existe des appareils encore meilleurs.
Le compteur LZT peut évaluer le coefficient Seebeck, la résistivité électrique et la diffusivité thermique. Vous pouvez même combiner ces trois mesures pour fournir le facteur de référence pour le matériau thermoélectrique que vous devez évaluer. Pour ce faire, l'appareil utilise deux technologies : LSR et LFA.
Le compteur LZT offre de nombreux avantages par rapport à ses concurrents. Il permet en une seule analyse, dans des conditions environnementales, stoechiométriques et géométriques fixes, d'obtenir quatre propriétés de l'échantillon à analyser en même temps. Vous passez moins de temps sur diverses manipulations et mesures tout en réduisant les risques d'erreurs.
Mesure constante de Hall
L'effet Hall a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall. Elle trouve son origine dans la nature du courant qui traverse un matériau conducteur. La nature de ce courant dépend du mouvement des éléments porteurs de charges présents dans le matériau. Dans le cas des matériaux thermoélectriques (principalement des métaux), les éléments porteurs de charge sont majoritairement des électrons, ce qui permet de mesurer la constante de Hall.
Pour mesurer la constante de Hall, vous pouvez utiliser le L79/HCS. Cet appareil peut également mesurer :
– mobilité – résistivité – conductivité alpha – magnétorésistance – et concentration des porteurs de charge
C'est cette polyvalence qui fait de cet appareil un outil précieux pour mesurer les propriétés thermoélectriques des matériaux. Pour faciliter les mesures, essayez Itea Prop, le L79/HCS dispose d'un logiciel basé sur Windows pour tracer des diagrammes IV et IR très précis. Il a été conçu pour mesurer les propriétés d'une large gamme de matériaux, y compris, par exemple, les métaux multicouches, le silicium et les oxydes.
Mesure des propriétés thermoélectriques en couches minces
La mesure des propriétés thermoélectriques des matériaux peut avoir des résultats différents selon le type de couche considérée. Dans le cas de couches minces, pour caractériser leurs grandeurs thermoélectriques, la mesure doit être réalisée avec un appareil spécifique. En effet, un appareil adapté est requis pour les particularités d'une mesure en couches minces.
Le TFA ou Thin Film Analyzer a été conçu pour cela. Cet appareil répond parfaitement aux exigences de mesure des propriétés thermoélectriques d'un film mince. En particulier, vous pouvez effectuer ces mesures sur une large plage de température. Pour l'utiliser, placez simplement la couche à analyser sur votre capteur et il se chargera de la mesure.
Il permet de mesurer :
– conductivité thermique – résistivité électrique – conductivité électrique – coefficient Seebeck – émissivité – et capacité calorifique
De plus, en utilisant un aimant, vous pourrez également mesurer la constante de Hall, la mobilité et la concentration des porteurs de charge.
Par conséquent, le TFA est un appareil innovant, rapide et facile à utiliser. Il répond également au problème très important de la mesure des propriétés thermoélectriques des couches minces.
Pour conclure, il existe différentes propriétés thermoélectriques dont les plus importantes sont le coefficient de Seebeck, la constante de Hall, la résistivité électrique, la diffusivité thermique, la magnétorésistance, la mobilité, la conductivité alpha et la résistance des porteurs de charge. Chacune de ses propriétés est importante et doit être mesurée pour mieux caractériser le matériau thermoélectrique. La mesure de ces propriétés thermoélectriques est réalisée à l'aide de plusieurs appareils dont certains permettent de mesurer plusieurs propriétés en même temps.
