[發明專利]用于測量樣品的熱電性能的樣品座及測量方法

有效

• 申請號: 201310087023.6
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN104062318A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 王漢夫;官愛強;褚衛國;郭延軍;金灝;熊玉峰
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01N25/48
• 分類號: G01N25/48;G01R27/14
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 南毅寧;肖冰濱

技術領域

本發明涉及熱電材料的測量領域，具體地，涉及一種測量樣品（例如，熱電材料）的熱電性能（例如，熱電勢和電阻率）的樣品座以及測量方法。

背景技術

熱電材料可以實現熱能與電能的直接轉換，自從上個世紀九十年代以來引起了人們越來越廣泛的關注。熱電材料的性能優劣可由熱電優值系數ZT(Thermoelectric figure of merit)來評價，其表征公式為：ZT=S²T/ρ(κ_L+κ_e)，其中，S為熱電勢（或稱Seebeck系數），T為絕對溫度，ρ為電阻率，κ_L為晶格熱導率,κ_e為電子熱導率。熱電勢和電阻率是描述熱電性能好壞的兩個首要物理量。在熱電材料研究過程中，面臨著大量的待測樣品，對于很多樣品而言，如果熱電勢過低或者電阻率過高則表明這些熱電材料沒有熱電應用前景，沒有必要進行進一步的測量（這些測量包括熱導率和載流子濃度的測量等等）,也就是說可以通過測量熱電勢和電阻率篩選出那些可能具有較高熱電性能的熱電材料，再對這些熱電材料進行進一步的研究，從而大大提高研發效率。對于熱電勢和電阻率的測量設備而言，它需要能在一個足夠寬的溫度范圍里迅速準確地完成測試，要滿足這個條件，就需要合理地設計樣品座并采用可靠的測量和數據處理方法。

在專利號為201220366801.6、發明名稱為“熱電材料的測試樣品座及其熱電性能測量裝置”的中國實用新型專利中，樣品座只有一個溫差加熱器，這個溫差加熱器被用銀膠固定在第二壓塊上，在使用過程中，特別是在高溫測量中，該溫差加熱器容易脫落，而且由于其只有一個溫差加熱器而使得所測量的熱電勢值不夠可靠。

發明內容

本發明提供一種用于測量樣品的熱電性能的樣品座以及測量方法，與現有具有單個溫差加熱器的樣品座相比，本發明所提供的樣品座有助于提高熱電性能測量的可靠性。

本發明提供一種用于測量樣品的熱電性能的樣品座，該樣品座包括基座、絕緣墊片、兩個第一壓塊、兩個第二壓塊、兩個第三壓塊和兩個溫差加熱器，其中：所述基座上鋪設所述絕緣墊片，所述兩個第一壓塊間隔安裝在所述絕緣墊片上，所述兩個第二壓塊分別位置相對地疊壓在所述兩個第一壓塊上，被測樣品懸置并且兩端分別固定在所述第一壓塊與所述第二壓塊之間，所述兩個第三壓塊分別位置相對地疊壓在所述兩個第二壓塊上，各個所述第二壓塊與所述第三壓塊之間分別放置一個所述溫差加熱器。

本發明還提供一種用于采用上述樣品座對樣品的熱電性能進行測量的方法，該方法包括：

將固定了所述被測樣品的所述樣品座置于為真空的樣品室中，其中所述被測樣品的兩端上分別固定有溫度檢測元件和熱電電壓輸出端；

交替地啟動和關閉位于所述被測樣品的兩端上的所述溫差加熱器以使所述被測樣品交替地處于兩端溫度不均勻的升溫階段和降溫階段，并使用所述溫度檢測元件和所述熱電電壓輸出端來獲取所述升溫階段和所述降溫階段中所述被測樣品兩端的溫度差和熱電電壓，直到在設定溫差范圍中獲得了多組所述溫度差和所述熱電電壓為止；以及

依據在各個所述升溫階段中所獲得的溫度差和熱電電壓來獲得第一熱電勢，依據在各個降溫階段中所獲得的溫度差和熱電電壓來獲得第二熱電勢，并利用所述第一熱電勢和所述第二熱電勢來獲得所述被測樣品的熱電勢。

根據本發明的樣品座通過第二壓塊和第三壓塊來固定溫差加熱器，所以解決了測量過程中，溫差加熱器容易脫落的問題。另外，由于根據本發明的樣品座和測量方法利用了兩個溫差加熱器，所以可以大大提高熱電性能測量的可靠性。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，其與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1a和圖1b分別為根據本發明一種優選實施方式的樣品座的俯視圖和側視圖。

圖2為結合根據本發明的樣品座來測量樣品的熱電性能的測量系統的結構示意圖。

圖3為真空樣品室的結構示意圖。

圖4為熱電勢測量原理示意圖。

圖5顯示了實施例1中，在使用準穩態測量模式測量熱電勢的一個典型的測量周期中，康銅樣品兩端的溫度、溫度差ΔT和熱電電壓ΔU隨時間變化的情況。

圖6顯示了根據圖5中的升溫段和降溫段所得到的ΔU-ΔT曲線圖。

圖7顯示了測量不穩定樣品時的ΔU-ΔT曲線圖。