Die HTSsigma-II Messanlage dient der temperaturabhängigen Messung des Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfähigkeit an Materialproben. Die Messungen können zwischen Raumtemperatur und 1000 K unter Schutzgas, Helium oder im Vakuum durchgeführt werden.
Gemessener Verlauf des temperaturabhängigen Seebeck-Koeffizienten einer Probe aus Ni-Cu.
Seebeck-Koeffizient einer Ni-Cu-Probe. Die Ergebnisse des simultanen Messsystems (rot) stimmen sehr gut mit denen einers anderen Messystems am DLR (CTEM; blau) und einer Vergleichsmessung an der PTB überein.
Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten sind integraler Bestandteil der thermoelektrischen Materialentwicklung. In der Abteilung „Thermoelektrische Materialien und Systeme“ wurde ein Messsystem zur simultanen Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten von Raumtemperatur bis 1000K entwickelt und wird als Routineverfahren häufig genutzt.
Die elektrische Leitfähigkeit wird nach der 4-Spitzen-Methode ermittelt. Metallische Messspitzenwerden mit Hochtemperaturfedern an eine Probe bekannter Geometrie angedrückt.
Für die Messung des Seebeck-Koeffizienten wird der Probe durch Miniaturheizelemente ein Temperaturgradient aufgeprägt. Die beiden äußeren Spitzen (siehe Abbildung) fungieren gleichzeitig als Zuleitungen des Messstroms und als Thermoelemente, so dass die entstehenden Thermospannungen und die Temperaturen gemessen werden können. Daraus wird der Seebeck-Koeffizient der Probe berechnet.
Die Genauigkeit des Messsystems wurde über einen internen Laborvergleich und durch Vergleichsmessungen an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Berlin (PTB) verifiziert. Das Diagramm zeigt die Messergebnisse an einer Cu-Ni Legierung aus zwei verschiedenen Anlagen des DLR und einem Messsystem der PTB. Das im DLR genutzte Messsystem ist an internationalen Round-Robin-Vergleichsmessungen beteiligt.
Basierend auf den Eigenentwicklungen zur Hard- und Software ist die genaue Kontrolle des Messablaufs möglich und Messgenauigkeiten können im Rahmen interner Vergleiche und Verfahrensredundanz verlässlich abgeschätzt werden.
