Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelEntwicklung und Validierung eines Messsystems zur vollständigen Charakterisierung thermoelektrischer Materialien: Wärmeleitfähigkeit, Seebeck-Koeffizient, elektrische Leitfähigkeit / Dennis Drude
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (III, 123 Seiten) : Diagramme, Illustrationen
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2025
- AnmerkungTag der Verteidigung: 05.11.2025
- Verteidigung2025-11-05
- SpracheDeutsch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Zusammenfassung
Diese Dissertation stellt ein innovatives Messverfahren zur vollständigen thermoelektrischen Charakterisierung von Materialien vor. Mit diesem Verfahren lassen sich die Wärmeleitfähigkeit, die elektrische Leitfähigkeit und der Seebeck-Koeffizient einer Probe bestimmen.Im Hinblick auf die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Materials unterscheidet sich das Verfahren grundlegend von etablierten stationären Methoden wie der Guarded-Hot-Plate- oder der Heat-Flow-Meter-Methode. Diese etablierten klassischen Ansätze versuchen, parasitäre Wärmeströme durch aufwendige apparative Maßnahmen wie Vakuumkammern, Schutzheizungen oder Strahlungsschilde zu minimieren. Diese Lösungen sind kostenintensiv und komplex im Aufbau.Der hier entwickelte Ansatz verzichtet auf solche aufwendigen Maßnahmen und berücksichtigt stattdessen Wärmeverluste analytisch in der Auswertung der Messdaten. Wärmeverluste werden nicht minimiert, sondern als Offset in der Messung berücksichtigt. Durch diese analytische Korrektur wird ein robuster, kostengünstiger Messaufbau ermöglicht.Bei einer Messtemperatur von 75 °C erreicht das System bei einem Bruchteil der Kosten und mit deutlich reduziertem apparativem Aufwand eine Messgenauigkeit, die mit der von kommerziellen Geräten vergleichbar ist.Die Methode erfordert weder eine spezielle Probenpräparation noch Hochvakuumbedingungen, wodurch sich neue Anwendungsmöglichkeiten für Forschung und Industrie eröffnen. Der Messaufbau ist mit einem Budget von deutlich unter 10.000 € realisierbar und eignet sich somit auch für kleinere Labore, Hochschulen und Entwicklungsabteilungen mit begrenzten Ressourcen.Insgesamt bietet das Verfahren eine praxisnahe, wissenschaftlich belastbare und wirtschaftliche Alternative zu den bisher dominierenden Methoden der thermoelektrischen Charakterisierung.
Abstract
This dissertation presents an innovative measurement method for the comprehensive thermoelectric characterization of bulk materials. The technique allows for simultaneous determination of the thermal conductivity, electrical conductivity, and Seebeck coefficient of a sample.Regarding the measurement of thermal conductivity, the approach fundamentally differs from conventional steady-state methods such as the Guarded Hot Plate or Heat Flow Meter techniques. These conventional methods rely on extensive instrumentation such as vacuum chambers, guard heaters, or radiation shields to suppress parasitic heat losses. Such setups are technically demanding and expensive.In contrast, the method developed in this work intentionally eliminates the need for such complex instrumentation. Instead, unavoidable heat losses are analytically accounted for during data evaluation. Rather than being minimized, heat losses are treated as measurable offsets in the thermal response of the measurement stack. This analytical correction enables a robust and cost-efficient experimental setup.At a measurement temperature of 75 °C, the system provides accuracy comparable to commercial instruments but at a significantly lower cost and with significantly reduced hardware complexity. The method does not require specialized sample preparation or high-vacuum conditions, thereby opening new possibilities for application in research and industry.The setup can be realized with a budget well below €10,000, making it particularly attractive for smaller laboratories, universities, and development departments with limited resources. Overall, this method offers an accessible, reliable, and cost-effective alternative to the currently dominant approaches in thermoelectric characterization.
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