[發明專利]一種測量薄膜熱電性能參數的裝置和方法

無效

• 申請號: 201210390517.7
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102914560A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 胡志宇;曾志剛;林聰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01R27/14
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種測量薄膜熱電性能參數的裝置，包括：測溫裝置（2、3、4）、數據采集裝置（8）、熱沉（1）、電流源（7）、載物臺（5）、計算機（9）、控溫箱（10）和電壓表（6），其特征在于：所述待測樣品固定在載物臺（5）上；待測樣品的第一個接觸點（1′）連接熱沉（1），另外第二、第三、第四三個接觸點（2′）、（3′）、（4′）分別各連接一個測溫裝置，電源（11）經控溫箱（10）連接至電流源（7），電流源（7）連接至熱沉（1）,測溫裝置a（2），測溫裝置b（3）和測溫裝置c（4）連接電壓表（6），電流源（7）和電壓表（6）連接至數據采集裝置（8），數據采集裝置（8）的輸出連接至計算機（9）；電流源（7）提供測溫裝置（2、3、4）所需要的電流，輸入直流或交流信號；第三接觸點（3′）和第四接觸點（4′）之間連一個電壓表（6），用來測量兩個接觸點之間的電勢差；利用數據采集裝置（8）實時監測記錄實驗所需的各項參數；利用計算機（9）對數據進行分析處理，得到待測薄膜的熱導率、電導率、塞貝克系數和熱電優值。

2.根據權利要求1所述的一種測量薄膜熱電性能參數的裝置，其特征在于：所述待測薄膜可以是均勻薄膜或者非均勻薄膜,且可以是任意形狀。

3.根據權利要求1所述的一種測量薄膜熱電性能參數的裝置，其特征在于：所述測溫裝置（2、3、4）為Pt100、Pt10、Pt1000、Cu50或Cu100測溫電阻，或者是熱電偶。

4.根據權利要求1所述的一種測量薄膜熱電性能參數的裝置，其特征在于：接觸點是一系列的接觸點，所述接觸點的個數是4~20個。

5.一種測量薄膜熱電性能參數的裝置，采用根據權利要求1所述的測量薄膜熱電性能參數的裝置進行測量，其特征在于：測量的操作步驟如下：

1）所述樣品需裁剪成與所述載物臺（5）相似的形狀；

2）待測薄膜樣品的第一個接觸點（1′）連接熱沉（1），另外第二、第三、第四三個接觸點（2′、3′、4′）分別連接一個測溫電阻（2、3、4）；

3）對所述第一、第二兩個接觸點（1′、2′）輸入電流，測量另外第三、第四兩個接觸點（3′、4′）之間的電壓，再對第一、第三接觸點（1′、3′）輸入電流，測量第二、第四接觸點（2′、4′）之間的電壓，根據范德堡方程exp(?πσdR_21,43)?+?exp(?πσdR_31,42)?=?1推算出所述待測樣品的電導率σ；

4）由于接觸點（1′）連接了一個熱沉（1），是樣品中唯一的熱接觸，第一接觸點（1′）和第二接觸點（2′）之間的熱流相當于加熱器產生的熱量；第二接觸點（2′）作為熱源，測量第三接觸點（3′）和第四接觸點（4′）之間的溫度差，再把第三接觸點（3′）作為熱源，測量第二接觸點（2′）和第四接觸點（4′）之間的溫度差，根據范德堡方程exp(?πκd????????????????????????????????????????????????)?+?exp(?πκd)?=?1推算出所述待測樣品的熱導率κ；

5）測量第二接觸點（2′）和第四接觸點（4′）之間的溫度差和電壓，測量第三接觸點（3′）和第四接觸點（4′）之間的溫度差和電壓，根據塞貝克系數的定義式S==計算出待測薄膜樣品的塞貝克系數S；

6）第二接觸點（2′）和第一接觸點（1′）之間分別通過交流和直流電流，測量第三接觸點（3′）和第四接觸點（4′）之間的電壓，根據公式ZT?==可以直接推算出薄膜材料的ZT值,采用一個控溫箱（10）就可以得到不同溫度下薄膜材料的熱電優值；

7）用步驟6）中得到的ZT值和用步驟3）、4）、5）中得到的電導率σ、熱導率κ、塞貝克系數S求出的ZT值作比較，檢測結果的精確度。