Hệ đo PPMS là một thiết bị đo các tính chất vật lý của vật liệu dựa trên hệ thống truyền nhiệt P670 (TTO) đo độ dẫn nhiệt hoặc khả năng dẫn nhiệt của một chất, bằng cách theo dõi nhiệt độ giảm dọc theo mẫu được hiểu như là lượng nhiệt chuyển xuyên qua mẫu (Hình 2.4). Hình 2.4b là ảnh chụp đế gắn mẫu của hệ đo PPMS. Phép đo TTO để đo hiệu ứng nhiệt điện Seebeck như là sự giảm điện thế đi
21
kèm với sự giảm nhiệt độ trên một số vật liệu. Hệ thống TTO thực hiện hai phép đo cùng lúc bằng cách theo dõi các cả nhiệt độ và điện áp giảm trên một mẫu như một xung nhiệt được đặt vào cho tới khi kết thúc. Hệ thống này cũng có thể đo điện trở suất ρ bằng cách sử dụng các điện trở bốn mũi dò chuẩn được cung cấp bởi hệ thống đo lường chuyển dịch (ACT) mô hình P600 AC. Tất cả ba loại đo điện trở suất ρ, hệ số dẫn nhiệt κ và hệ số Seebeck S là để đánh giá hệ số phẩm chất ZT của vật liệu. Đó là hệ số được quan tâm nhất khi khảo sát một vật liệu nhiệt điện.
Hình 2.4. Thiết bị PPMS Evervool II
Hệ thống vận chuyển nhiệt bao gồm những phần sau:
• Một Puck mẫu TTO, mà cắm vào đầu nối buồng mẫu PPMS.
• Một bộ chỉnh nhiệt kế plug-in (2) và nóng (1) đầu dò (thăm dò).
• Một bộ chưa được hiệu chỉnh nhiệt kế plug-in (2) và nóng (1) đầu dò (thăm dò).
• Một cái móc bức xạ đẳng nhiệt cái mà vít lên Puck TTO.
• Một mô-đun phần mềm cài đặt vào MultiVu.
• Một mẫu hiệu chuẩn nickel cho biểu diễn và thử hoạt động chính xác.
• Bộ dụng cụ của người dùng với các công cụ và phụ kiện cho mẫu lắp.
22
Hệ thống TTO được thiết lập để đo bốn thuộc tính vận chuyển nhiệt:
• Độ dẫn nhiệt
• Hệ số Seebeck
• Điện trở suất
• Hệ số phẩm chất.
Độ dẫn nhiệt κ được đo bằng cách sử dụng nhiệt từ vật hình giày nóng để tạo ra một khác biệt nhiệt độ giữa người sử dụng đặt vào và nhiệt độ cặp nhiệt kế. Hệ thống TTO hoạt động với mô hình phản ứng nhiệt của mẫu với tần số thấp, xung nhiệt sóng vuông, do đó việc xúc tiến việc thu lại dữ liệu. TTO sau đó có thể tính toán độ dẫn nhiệt trực tiếp từ năng suất nhiệt đặt vào ΔΤ, và hình dạng mẫu.
Hệ số Seebeck S (còn gọi là nhiệt điện) được xác định bằng cách tạo ra sự giảm nhiệt độ quy định giữa đầu cặp nhiệt điện - chỉ khi để đo hệ số dẫn nhiệt. Tuy nhiên, đối với hệ số Seebeck việc thay đổi điện thế được tạo ra giữa cặp nhiệt kế cũng được ghi lại. Các điện thế dẫn thêm vào cặp nhiệt kế được kết nối với tác nhân tăng cường ban đầu tiếng ồn – siêu thấp của hệ thống ACT.
Điện trở suất ρ được đo bằng cách sử dụng một nguồn dòng DSP chính xác và đo điện áp.
Hệ số phẩm chất nhiệt điện ZT chỉ đơn giản là sự kết hợp của ba đại lượng
đo – hệ số dẫn nhiệt, hệ số Seebeck và điện trở suất thông qua biểu thức
T S ZT 2 .
Biểu thức xác định riêng biệt được cung cấp cho mỗi phần trong các phép đo vì những số lượng cá thể có thể đo chính xác hơn bằng cách sử dụng dòng điện kích thích và sự khác biệt về nhiệt độ tối ưu cho từng tình huống. Giới hạn cho các tham số xác định mỗi lần đo có thể được xác định trước khi chạy các phép đo.
Mỗi phép đo tính chất chuyển nhiệt có thể được xác định theo một trong hai chế độ đo lường (đơn hay liên tục) được hỗ trợ bởi hệ thống TTO. Bạn chọn một
23
chế độ đo lường, và sau đó bạn chọn các tính chất nhiệt để đo lường trong chế độ đó.
Giới hạn đo:
- Tốc độ quét nhiệt từ: 0,01K đến 20 K/phút.
- Độ ổn định nhiệt độ ≤ 0,2% cho vùng nhiệt độ ≤ 10 K và ≤ 0,02% cho vùng nhiệt
độ lớn hơn 10 K.
