电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜是由德国PANCO公司与德国宇航中心联合研发的热电材料精细测量设备，该设备主要用来测量热电材料中电势和塞贝克系数的二维分布情况。集成化、自动化的设计方案使系统使用非常方便。的稳定性和可靠性彰显了传统德国制造业的优良品质。全新推出的第二代电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜（PSM II）在代的基础上具有更高的位置分辨率和更高的测量精度。
应用领域：
1、热电材料，超导材料，燃料电池，导电陶瓷以及半导体材料的均匀度测量
2、功能梯度材料测量
3、观察材料退化效应
4、监测 NTC/PTC 材料的电阻漂移
5、固体电介质材料中的传导损耗
6、阴极材料的电导率损耗
7、GMR 材料峰值温度的降低，电阻率的变化
8、样品的质量监控
产品特点：
+ 可以精确测量Seebeck系数二维分布的商业化设备。
+ 精确的力学传感器可以确保探针与样品良好的接触。
+ 采用锁相技术，精度超过大型测试设备。
+ 快速测量、方便使用，可测块体和薄膜。
主要技术参数：
+ 位置定位精度：单向 0.05 μm；双向 1 μm
+ 大扫描区域：100 mm × 100 mm 典型值
+ 局部测量精度：5 μm（与该区域的热传导有关）
+ 信号测量精度：100 nV（采用高精度数字电压表）
+ 测量结果重复性：重复性误差优于3%
+ 塞贝克系数测量误差：< 3% (半导体)；< 5% (金属)
+ 电导率测量误差： < 4%
+ 测量速度：测量一个点的时间4-20秒
系统组成：
+ 三矢量轴定位平台及其控制器
+ 定位操纵杆
+ 加热、测温探针
+ 力学接触探测系统
+ 模拟多路器
+ 数字电压表
+ 锁相放大器
+ 摄像探测系统
+ 带有专用控制软件和数据接口的计算机
+ 样品台与样品夹具
样品夹具 |
加热测温探针 |
■ 电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜在热电材料中的应用
电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜（PSM II）主要用来测量热电材料中电势和塞贝克系数的二维分布情况。此外，还可以对一些梯度材料组分均一性进行可视化的表征测量。设备被全球科学界所认可，设备也遍布全球多个专业的热电材料实验室和研究团队。以下是近年来设备的一些应用案例：
1、BiSbTe 大尺寸合金的烧结温度对性能的影响。（Gang Zheng et al, Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600595）
作者在研究中利用电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜对材料的多个区域进行了扫描测量。Seebeck系数室温扫描结果表明，大尺寸钢锭在烧结过程中存在椭球形分布温度场的不均匀性。作者通过有限元分析验证了这一结果。
烧结时间为(a) 5 min， (b) 10 min， (c) 20 min， (d) 30 min时，直径为30 mm，高度为12 mm的铸锭的截面塞贝克系数的分布（PSM测量）。
2、纯相Zn4Sb3热电材料的快速合成。（Hao Yin et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 10542−10548）
作者在本工作中探索了利用放电等离子体烧结的方法快速合成纯相的Zn4Sb3热电材料。在本工作中作者利用电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜对样品的塞贝克系数分布进行了测量。
(a)用于测量的Ni−Zn4Sb3−Ni三明治结构样品。Zn4Sb3材料是在673 K、100 MPa下压15 min制备。电流方向是从左到右。测量面积用红色矩形表示。(b)塞贝克微探针扫描图像。不同塞贝克系数用不同颜色表示。(c)平均塞贝克系数与位置的关系。
1、塞贝克系数测量
Bi2Te2.85Se0.15梯度材料表面的塞贝克系数分布（数据来源，PANCO实验室）
2、接触电阻测量
存在界面的样品通过该设备还可以测量出界面处的接触电阻。通过测量电阻率随针尖位置的变化，可以得到样品界面处的接触电阻。
接触电阻可以通过连续测量界面两侧的电势分布计算得到，图中ΔR正比于接触电阻。（数据来源，PANCO实验室）
