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pubblicazioni - Presentazione

Misura di parametri termofisici di materiali massivi e film nanometrici con particolare riferimento ai dispositivi termoelettrici

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Misura di parametri termofisici di materiali massivi e film nanometrici con particolare riferimento ai dispositivi termoelettrici

La presentazione descrive un nuovo dispositivo per la misura della diffusività e della conducibilità termica da utilizzarsi nelle attività di caratterizzazione di proprietà termofisiche di materiali massivi.

Nell’ambito delle attività di caratterizzazione di proprietà termofisiche di materiali massivi, è stato sviluppato un dispositivo per la misura della diffusività e della conducibilità termica che si basa sul metodo ideato da Ängstrom nel 1861 [1]. Il metodo consiste nella generazione di onde termiche [2] e nella misura della temperature in punti diversi del materiale. Nel caso specifico viene utilizzato un dispositivo termoelettrico per generare le onde termiche e una termocamera IR per la lettura delle temperature [3]. Nell’applicazione descritta il dispositivo termoelettrico ha la funzione di generatore di calore e di freddo alternativamente e viene pilotato da un generatore elettrico. La funzione tradizionale dei dispositivi termoelettrici è infatti quella di trasferire calore da un punto ad un altro per mezzo del passaggio di una corrente elettrica. Oggi, tuttavia, si sta affermando un nuovo interesse connesso con la possibilità di recuperare il calore proveniente da sorgenti naturali o da reazioni esotermiche, quali tipicamente la combustione, per trasformarlo e immagazzinarlo sotto forma di energia elettrica. Al fine di ottimizzare l’efficienza di trasformazione di energia termica in elettrica si richiede che i nuovi materiali termoelettrici possiedano una alta conducibilità elettrica (ovvero che siano generatori ideali di tensione) e una bassa conducibilità termica (in modo da tenere il più possibile separati i due serbatoi di calore a temperature differenti)e un valore elevato del coefficiente di Seebeck . A questo scopo vengono sperimentati materiali nano-strutturati. Per questi materiali la misura della resistenza elettrica non risulta un grosso problema mentre lo è assai di più la misura della resistenza termica. Le tradizionali tecniche per la misura della conducibilità termica in materiali massivi sono infatti improponibili date le dimensioni micro o nanometriche dei materiali in oggetto. Ma anche le tecniche fototermiche che vengono largamente utilizzate per la caratterizzazione di strati relativamente sottili [4,5] diventano difficilmente gestibili quando si tratta di misurare materiali con spessori al di sotto della decina di micron. Allo scopo può essere utilizzata la tecnica 3-omega [6] che consente la misura della conducibilità termica in film sottili mediante deposizione di elettrodi metallici sui materiali di interesse. Questi fungono sia da generatori di calore che da misuratori di temperatura.

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