[發明專利]塞貝克系數測量系統

有效

• 申請號: 201210213904.3
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN103512914A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 崔大付;蔡浩原;李亞亭;陳興;張璐璐;孫建海;任艷飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及電子行業測量技術領域，尤其涉及一種賽貝克系數測量系統。

背景技術

熱電材料具有尺寸小、質量輕、無機械部分、無噪聲等普通機械制冷或發電手段難以媲美的優點。熱電材料的表征是無量綱優值系數ZT＝S²σ/κ，其中，S為塞貝克(Seebeck)系數，σ為電導率，κ為熱導率。它的直觀意義是制冷吸收能量與耗能之比。一種優良的熱電材料應該具有大的塞貝克系數，大的電導率和小的熱導率。

有機導體或者半導體熱電材料是一種非常有前途的熱電材料。某些有機材料具有非常大的塞貝克系數(＞1mV/K)，同時它的熱導率又比較小。然而，目前為止，對于有機熱電材料的塞貝克系數的精確測量仍然是一個非常困難的問題，原因在于有機熱電材料的電阻率往往非常高，達到10¹³Ω/cm，如果將其制作成為薄膜樣品，其電阻將達到10¹⁴Ω/cm。盡管最終要成為實用化的熱電材料，可以通過摻雜等方式將電導率升高，但是能夠精確測量純的有機熱電材料的熱電特性是開展這一材料研究的關鍵。

圖1為現有技術中測試塞貝克系數的示意圖。如圖1所示，其中A為待測樣品，B為導線組成的電壓測量回路，在總回路中有：

S_B-S_A＝ΔV/ΔT????????????????????????????(1)

ΔV＝V₄-V₁????????????????????????????????(2)

ΔT＝T₃-T₂????????????????????????????????(3)

其中分別是材料A和材料B的絕對塞貝克系數，ΔV是4端和1端之間的電壓，ΔT是指3端和2端之間的溫差。由于S_A一般都遠遠小于S_B，則：

S_B≈ΔV/ΔT???????????????????????????????(4)

日本的Masakazu?Nakamura等人于2010年提出了一種評估高阻值有機熱電材料的系統，如圖2所示。該系統是基于一個真空薄膜濺射系統改造而成。有機材料被濺射到一個長方形玻璃基底上，形成有機薄膜。一個由液氮冷卻的恒溫臺為玻璃基底提供一個恒定的溫度，在玻璃基底的一端具有一個溫差加熱器，為玻璃基底的一端加熱，從而在玻璃基底的兩端形成溫差。在玻璃基底的兩端鍍有金電極，金電極上引出電壓測量和溫度測量引線，由差分放大電路對塞貝克電壓和溫差進行測量，從而計算出材料的塞貝克系數。

然而，申請人發現現有技術賽貝爾系數測量系統存在如下缺陷：(1)由于該系統只在樣品的一端具有加熱子，因此只能實現樣品的正溫差測量，無法進行樣品的正負溫差測量；(2)該系統的塞貝克電壓測量方案沒有對被測樣品進行電壓保護，導致對高阻值樣品進行測試時，需要很長的時間(＞60分鐘)才能達到電壓的穩定。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種賽貝克系數測量系統，以實現樣品的正負溫差測量。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種賽貝克系數測量系統，包括：測試樣品平臺，用于放置待測樣品，并在待測樣品兩端建立預設的溫度差，包括：溫差加熱臺，包括溫差加熱臺本體、熱端加熱柱和冷端加熱柱，其中，熱端加熱柱和冷端加熱柱位于溫差加熱臺本體上，兩者之間彼此絕熱，分別具有各自的加熱系統；熱端樣品放置臺和冷端樣品放置臺，分別位于熱端加熱柱和冷端加熱柱的上方，用于放置待測樣品的熱端和冷端；信號采集和處理系統，與測試樣品平臺中熱端樣品放置臺和冷端樣品放置臺的外引線相連接，用來采集和處理待測樣品兩端的溫度及形成的塞貝克電壓，計算貝塞爾系數；溫度控制系統，分別連接于測試樣品平臺中熱端加熱柱和冷端加熱柱的加熱系統，用來控制待測樣品兩端的溫度差。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明賽貝克系數測量系統具有以下有益效果：

(1)本發明中，通過設計對稱的加熱子、測溫子和恒溫臺，本發明可以對高阻樣品施加正負溫差，并實現在正負溫差條件下的塞貝克電壓的測定，從而實現塞貝克系數的測量；