[發明專利]薄膜型熱電材料塞貝克系數及電導率的測試裝置

有效

• 申請號: 201810439481.4
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108459046B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張廣軍;呂明達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01R27/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

薄膜型熱電材料塞貝克系數及電導率的測試裝置，它要解決現有用于測試薄膜型熱電材料塞貝克系數和電導率的裝置存在較大的測量誤差的問題。該測試裝置包括計算機、隔離管、試樣固定平臺、兩個熱電偶探針、樣品安裝裝置、數據采集裝置和控制系統，待測薄膜樣品安裝于固定平臺上，固定平臺插入隔離管內，計算機與控制系統、數據采集系統相連，在控制系統控制下開啟加熱棒在待測樣品兩側建立預設溫度差或加載預設直流電流，數據采集系統傳輸取樣點處溫度值及電壓信號，計算機計算并交互顯示塞貝克系數及電導率。本發明測試裝置適用于薄膜型熱電材料的測量，測試過程溫度與電壓測量點保持一致，結構簡單，便于加熱，有效降低高溫熱電性能測試成本。

技術領域

本發明屬于半導體材料熱電性能測量表征技術領域，具體涉及一種薄膜型熱電材料塞貝克系數和電導率的測試裝置。

背景技術

熱電材料是一種能夠實現熱能和電能間相互轉換的功能材料。熱電材料制備的熱電器件具有無運動部件、服役時間長、可靠性高等優點，在航空領域、工業余熱發電、汽車尾氣發電等領域具有很大的應用潛力。特別是在全球能源危機日益加劇、環境問題函待解決的今天，熱電材料的相關研究受到了材料科學界的高度關注。

塞貝克(Seebeck)系數和電導率是衡量熱電材料熱電轉換性能的重要參數。快速、準確、便捷的測量塞貝克系數和電導率，在熱電材料的研究、開發過程中具有重要的應用價值。目前塞貝克系數的測量方法多采用動態法測量：加熱待測試樣的一段，使其連續升溫，從而在試樣兩端產生一個連續變化的溫度差ΔT，采集該溫度差對應的塞貝克電壓ΔU，塞貝克系數α為：

α≈ΔU/ΔT

電導率測量多采用四電極法以消除接觸電阻影響提高測量精度，試樣最外側的兩個電極與直流電源連接，并加載電流I，測量內側兩探針間的電壓U，在已知待測試樣橫截面積A以及內側探針間距L的基礎上，電導率σ為：

鑒于熱電材料的研究工作多以塊狀材料作為研究對象，因此目前商業化的熱電材料性能測試設備的樣品尺寸要求絕大多數均為塊狀材料。例如熱電材料研究的相關文獻中使用最為廣泛的兩款熱電性能測試設備：日本ULVACZEM-3以及德國LinseisLSR-3均要求樣品為滿足橫截面為(2-4)×(2-4)mm矩形或圓形，6-22mm長的條棒。

相比于傳統塊狀熱電材料，薄膜型熱電材料具有更快的響應速度、較高的轉化效率和低制造成本的優勢，因此熱電材料的研究有不斷向薄膜化方向發展的趨勢。然而，針對薄膜型熱電材料的塞貝克系數和電導率測試設備極為有限。為了實現在中高溫熱電材料工作區間內的測試，有文獻報道采用導電銀膠固定導線，導熱膠固定熱電偶的方式實現薄膜型熱電材料塞貝克系數和電導率的測量(見[1]Lee,H.,et al.,Thermoelectricproperties of in-situ plasma spray synthesized sub-stoichiometry TiO2-x.Scientific Reports,2016.6:p.36581.[2]Han,S.J.,Y.Chen and S.Sampath,Role ofprocess conditions on the microstructure,stoichiometry and functionalperformance of atmospheric plasma sprayed La(Sr)MnO3 coatings.Journal ofPower Sources,2014.259:p.245-254.)。這種方式采用的導電銀膠耐受溫度有限，存在測量過程中失效的風險，且電壓與溫度測試點不在同一位置，存在較大的測量誤差。

總之，當前市場的熱電材料性能測試設備較難滿足日益興起的薄膜型熱電材料的測試需求。針對薄膜型熱電材料設計一種設計簡單、測量準確的塞貝克系數及電導率的測試裝置對快速評價熱電性能助力材料開發研究顯得尤為重要。

發明內容