[實用新型]一種薄膜熱電材料性能參數(shù)測試裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022270079.3
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN213337417U
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 狄重安;金文龍;趙文瑞;鄒業(yè);張鳳嬌;孟青;代小娟;朱道本
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N27/04
• 代理公司: 北京天達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 姚東華

本實用新型涉及一種用于薄膜熱電材料性能參數(shù)測試的裝置及系統(tǒng)，用于解決傳統(tǒng)熱電性能參數(shù)測試方法操作復(fù)雜、測試速度慢、測試精確度低、并難以滿足大量薄膜熱電材料性能參數(shù)的快速簡易測試的問題，所述裝置包括：自下而上設(shè)置的基礎(chǔ)溫度控制單元和溫度差控制單元；所述基礎(chǔ)溫度控制單元用于控制待測樣品所處的基礎(chǔ)溫度；所述溫度差控制單元用于控制所述待測樣品兩端的溫度差。本實用新型提供的技術(shù)方案能夠簡便、快速、精確地測試薄膜熱電材料熱電性能參數(shù)且能夠自動處理的薄膜熱電材料熱電性能參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于熱電測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于薄膜熱電材料性能參數(shù)測試裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能之間相互直接轉(zhuǎn)換的特殊功能材料，為廢熱與自然界熱提供了一種簡單有效的利用方式。作為一種能源轉(zhuǎn)換材料，熱電材料具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、沒有運動部件、無噪音、無排泄物(無污染)、可靠性高等優(yōu)點，在太陽能、地?zé)崮堋⒐I(yè)余熱廢熱利用、生物體微溫度差發(fā)電、自供電傳感器等方面受到廣泛的研究和應(yīng)用。在現(xiàn)有技術(shù)中，測試熱電材料性能參數(shù)的裝置主要面向無機熱電材料進行設(shè)計，待測樣品多為堅硬的塊體或厚片，可以無需支撐基底而直接進行測試，且測試部件與待測材料的硬接觸不會對上述無機熱電材料造成損傷。有機熱電材料多為納米至微米量級厚度的薄膜或軟性結(jié)構(gòu)，目前還鮮有專門的測試設(shè)備。用于傳統(tǒng)塊體或厚片測試的無機熱電測試設(shè)備難以直接應(yīng)用于無法自支撐的納米至微米量級厚度的薄膜熱電材料的性能參數(shù)測試。

在熱電材料性能參數(shù)測試方面，塞貝克系數(shù)和電導(dǎo)率的精確表征是最為重要的內(nèi)容之一。材料的塞貝克系數(shù)S可以表示為：S＝ΔV/ΔT，式中，ΔT為材料兩端的溫度差，ΔV為該溫度差下材料兩端產(chǎn)生的塞貝克電壓。在測試材料的塞貝克系數(shù)時，首先需要在樣品兩端創(chuàng)建一個溫度差，測量該溫度差下樣品兩端產(chǎn)生的電壓即為塞貝克電壓。傳統(tǒng)測試方法通常采用測溫?zé)犭娕己蜏y電壓探針同時測出樣品兩端的溫度差和塞貝克電壓，操作復(fù)雜且測試精度低，并且難以直接應(yīng)用于基底支撐的薄膜熱電材料的塞貝克系數(shù)測試。

材料的電導(dǎo)率σ可以通過測試其電阻R以及樣品的尺寸信息計算得到。在電導(dǎo)率測試時，給特定尺寸(長L、寬W、厚度H)的樣品施加電流I，測得其電壓為V，則電阻R＝V/I，電導(dǎo)率σ＝IL/(VWH)。

材料的功率因子PF是熱電性能的重要評估參數(shù)之一，由塞貝克系數(shù)與電導(dǎo)率共同決定：PF＝S²σ。要得到準(zhǔn)確的功率因子，通常要求在同一測試系統(tǒng)且對同一樣品先后進行塞貝克系數(shù)和電導(dǎo)率的測試。

以有機材料為代表的薄膜熱電材料具有柔性好、本征熱導(dǎo)率低、室溫區(qū)性能優(yōu)異等特點，在低溫微溫度差發(fā)電等方面具有優(yōu)勢，有望和傳統(tǒng)的無機熱電材料互補，成為新一代柔性電子器件的重要能源器件之一。近年來，薄膜熱電材料的研究經(jīng)歷了快速發(fā)展，然而薄膜熱電材料的主要參數(shù)測試目前還缺乏高效快速的設(shè)備。有鑒于此，設(shè)計一種適用于測試薄膜熱電材料的測試裝置，是目前亟需解決的問題。

實用新型內(nèi)容

基于上述分析，本實用新型旨在提供一種用于薄膜熱電材料性能參數(shù)測試的裝置及系統(tǒng)，以解決如下技術(shù)問題之一：(1)傳統(tǒng)熱電性能參數(shù)測試方法操作復(fù)雜；(2)傳統(tǒng)熱電性能參數(shù)測試方法測試速度慢、測試精確度低；(3)傳統(tǒng)熱電性能參數(shù)測試方法難以滿足大量薄膜熱電材料性能參數(shù)的快速簡易測試的實際需求。本實用新型提供的用于薄膜熱電材料性能參數(shù)測試的裝置、方法及系統(tǒng)具有簡便、快速、精確的特點。

本實用新型的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

第一方面，本實用新型實施例一種薄膜熱電材料性能參數(shù)測試裝置，包括：自下而上設(shè)置的基礎(chǔ)溫度控制單元和溫度差控制單元；

所述基礎(chǔ)溫度控制單元用于控制待測樣品所處的基礎(chǔ)溫度；

所述溫度差控制單元用于控制所述待測樣品兩端的溫度差。

進一步地，所述裝置還包括：緩沖層；