LSR-Platform 熱電材料量測系統｜LSR-3 / LSR-4
LSR-Platform 為熱電材料專用量測平台，可幾乎完整表徵 固體（Bulk）與薄膜形式熱電材料 的關鍵物性。 在基本版本 LSR-3 中，可全自動且同時量測 賽貝克係數（Seebeck） 與 電導率／電阻率（Conductivity / Resistivity）， 最高操作溫度可達 1500°C，適用於從低溫至高溫的熱電材料評估。
系統可透過多種選配模組擴展應用，包括低溫模組、薄膜與箔材適配器、高歐姆量測模組與相機定位系統等。 進階版本 LSR-4 則整合 Harman 測試方法與阻抗譜量測，可直接求得 ZT 值並推回熱導率， 形成從材料到模組層級的完整熱電分析解決方案。
量測原理與核心方法
1. 賽貝克係數測量原理
圓柱形、方形或矩形樣品垂直夾持於上下電極之間。下電極（及選配上電極）內建輔助加熱器， 整個量測結構置於爐體中加熱至目標溫度。達到設定溫度後，啟動輔助加熱器在樣品上建立 預定義溫度梯度。兩組側向熱電偶 T1 與 T2 量測熱端與冷端溫差 ΔT = T2 – T1，同時利用其中一組熱電偶引線量測熱電壓 Vth。
專利彈簧機構確保熱電偶與樣品穩定接觸，大幅提升電接觸與溫度量測精度。 由量測到的 ΔT 與 Vth 進行線性迴歸，即可計算賽貝克係數。
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2. 電阻率／電導率測量原理
比電阻量測採用直流四端（4-wire）技術，有效消除導線與接觸電阻影響。 在熱平衡狀態（ΔT = 0 K）下，透過上下電極對樣品施加穩定直流電流 IDC， 並利用熱電偶引線量測樣品長度 t 欄位上的電壓降 VΩ。 根據樣品幾何尺寸與 VΩ，即可計算比電阻與電導率。
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3. Harman 法 ZT 測量原理（LSR-4）
Harman 方法透過量測施加直流電流後樣品的時間電壓響應，直接求得熱電品質因數 ZT。 測試時以針狀接點對熱電樣品注入電流，因珀耳帖效應使一端局部加熱或冷卻， 在近似絕熱條件下於樣品上建立特徵溫度分佈。
根據初始歐姆電壓降（無溫差）與穩態電壓（含熱電壓）的比值， 可直接求得無量綱 ZT，並推回材料熱導率 λ。 相較於傳統將多台儀器數據組合計算 ZT 的方式，Harman 方法只需單一系統與一件樣品， 測量路徑更短、誤差更小，但適用範圍主要限於良好熱電材料且溫度約 400°C 以下。
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系統架構與模組化設計
- 近乎理想的一維熱通量設計，確保熱流與電流均勻通過樣品。
- 可更換爐體實現 −100°C 至 1500°C 的廣溫度範圍。
- 高歐姆量測選項與可變距離熱電偶設計，可處理高電阻或困難樣品。
- 整合 Harman 方法進行腿式樣品直接 ZT 測量。
- 可透過阻抗譜方式分析熱電模組（TEG/Peltier 模組）的 ZT 值。
- 高速紅外爐提供快速升溫與穩定控溫，增加樣品通量。
- 多種熱電偶（K/S/C 型）可依低溫、高溫或 Pt 中毒風險選配。
- 相機選項可精確量測探頭距離，提升電阻率計算準確度。
薄膜與箔材適配器
為因應奈米結構與薄膜樣品研究趨勢，平台提供兩款專用樣品架：
- 獨立薄膜／箔材適配器
- 基板上薄膜／塗層適配器
透過專用樣品架設計，可在不同塗佈厚度與製程條件下，系統性比較多組薄膜樣品， 適合薄膜熱電與界面熱傳研究。
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圓盤樣品與幾何支援
LSR-Platform 支援多種幾何樣品：
- 圓柱樣品：直徑至 6 mm，高度至 23 mm
- 棒狀樣品：截面至 5 × 5 mm，高度至 23 mm
- 圓盤樣品：直徑 10、12.7、25.4 mm
樣品接觸面積建議不大於電極面積，以維持熱流與電流一維傳遞。 選配圓盤樣品專用樣品架（與研究機構合作開發）後，可在同一幾何樣品上完成 賽貝克與電導率量測，並搭配 LaserFlash 取得導熱率，形成完整 ZT 評估流程。
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技術規格重點｜LSR-3
- 溫度範圍：−100°C ~ 500°C；室溫 ~ 800 / 1100 / 1500°C（依爐體配置）
- 測量原理：
- 塞貝克係數：穩態直流法 / 斜率法
- 電阻率：直流四端測量
- 氣氛條件：惰性、還原、氧化、真空
- 樣品架：垂直夾持於上下電極；可搭配薄膜／箔材適配器
- 樣品尺寸（圓柱／矩形）： 食物印跡 2–5 mm，長度最大約 23 mm；直徑可至 6 mm
- 樣品尺寸（圓盤）：直徑 10 / 12.7 / 25.4 mm
- 探頭距離：可調 4 / 6 / 8 mm
- 水冷：必要配置
- 塞貝克測量範圍：1–2500 μV/K，精度約 ±7%，再現性約 ±3%
- 電導率測量範圍：0.01–2×105 S/cm，精度約 ±5–8%，再現性約 ±3%
- 電流源：0–160 mA，具優異長期穩定性
- 電極材質：Ni（−100 ~ 500°C）、Pt（−100 ~ 1500°C）
- 熱電偶型式：K / S / C 型
＊含相機選項時，電阻率精度可進一步優化。
LSR-4 升級功能
- DC Harman 法：於熱電腿上直接量測 ZT。
- 交流阻抗譜：對熱電模組（TEG / Peltier）進行 ZT 直接測定。
- 霍爾與載子延伸：可與其他平台搭配進行完整載子分析。
- 溫度範圍：−100 ~ 400°C，或室溫 ~ 400°C（依爐體配置）。
- 樣品架：針觸點設計，適用絕熱條件下的 Harman 測量。
- 樣品尺寸（腿）：2–5 mm 寬，長度至 23 mm，或直徑至 6 mm。
- 模組尺寸：最大約 50 × 50 mm。
軟體與應用示例
系統搭配 Windows 平台熱分析軟體，用於實驗條件設定、量測控制、資料儲存與評估。 介面支援圖形化顯示與多組樣品比對，數據可輸出為 Excel / ASCII，方便後續處理與報告整理。
典型應用示例
- 康銅參考樣品：可作為高溫（至 800°C）塞貝克與電導率長期穩定性之驗證標準。
- SiGe 合金：評估其於高溫廢熱回收及低溫段特性變化之熱電行為。
- Bi2Te3 參考樣品：透過 Harman 法直接量測 ZT 並驗證系統準確度。
