一种薄膜热电材料性能参数测试装置、方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于薄膜热电材料性能参数测试装置、方法及系统，用于解决传统热电性能参数测试方法操作复杂、测试速度慢、测试精确度低、并难以满足大量薄膜热电材料性能参数的快速简易测试的问题。本发明专利技术测试装置包括：自下而上设置的基础温度控制单元和温度差控制单元；基础温度控制单元用于控制待测样品所处的基础温度；温度差控制单元用于控制待测样品两端的温度差；温度差控制单元包括待测样品承载部，待测样品承载部用于承载待测样品。本发明专利技术提供的技术方案能够简便、快速、精确地测试薄膜热电材料热电性能参数且能够自动处理的薄膜热电材料热电性能参数。的薄膜热电材料热电性能参数。的薄膜热电材料热电性能参数。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜热电材料性能参数测试装置、方法及系统


[0001]本专利技术属于热电测试
，具体涉及一种用于薄膜热电材料性能参数测试的装置、方法及系统。

技术介绍

[0002]热电材料是一种能够实现热能与电能之间相互直接转换的特殊功能材料，为废热与自然界热提供了一种简单有效的利用方式。作为一种能源转换材料，热电材料具有结构紧凑、体积小、没有运动部件、无噪音、无排泄物(无污染)、可靠性高等优点，在太阳能、地热能、工业余热废热利用、生物体微温度差发电、自供电传感器等方面受到广泛的研究和应用。在现有技术中，测试热电材料性能参数的装置主要面向无机热电材料进行设计，待测样品多为坚硬的块体或厚片，可以无需支撑基底而直接进行测试，且测试部件与待测材料的硬接触不会对上述无机热电材料造成损伤。有机热电材料多为纳米至微米量级厚度的薄膜或软性结构，目前还鲜有专门的测试设备。用于传统块体或厚片测试的无机热电测试设备难以直接应用于无法自支撑的纳米至微米量级厚度的薄膜热电材料的性能参数测试。
[0003]在热电材料性能参数测试方面，塞贝克系数和电导率的精确表征是最为重要的内容之一。材料的塞贝克系数S可以表示为：S＝ΔV/ΔT，式中，ΔT为材料两端的温度差，ΔV为该温度差下材料两端产生的塞贝克电压。在测试材料的塞贝克系数时，首先需要在样品两端创建一个温度差，测量该温度差下样品两端产生的电压即为塞贝克电压。传统测试方法通常采用测温热电偶和测电压探针同时测出样品两端的温度差和塞贝克电压，操作复杂且测试精度低，并且难以直接应用于基底支撑的薄膜热电材料的塞贝克系数测试。
[0004]材料的电导率σ可以通过测试其电阻R以及样品的尺寸信息计算得到。在电导率测试时，给特定尺寸(长L、宽W、厚度H)的样品施加电流I，测得其电压为V，则电阻R＝V/I，电导率σ＝IL/(VWH)。
[0005]材料的功率因子PF是热电性能的重要评估参数之一，由塞贝克系数与电导率共同决定：PF＝S2σ。要得到准确的功率因子，通常要求在同一测试系统且对同一样品先后进行塞贝克系数和电导率的测试。
[0006]以有机材料为代表的薄膜热电材料具有柔性好、本征热导率低、室温区性能优异等特点，在低温微温度差发电等方面具有优势，有望和传统的无机热电材料互补，成为新一代柔性电子器件的重要能源器件之一。近年来，薄膜热电材料的研究经历了快速发展，然而薄膜热电材料的主要参数测试目前还缺乏高效快速的设备。有鉴于此，设计一种适用于测试薄膜热电材料的测试装置，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]基于上述分析，本专利技术旨在提供一种用于薄膜热电材料性能参数测试的装置、方法及系统，以解决如下技术问题之一：(1)传统热电性能参数测试方法操作复杂；(2)传统热电性能参数测试方法测试速度慢、测试精确度低；(3)传统热电性能参数测试方法难以满足
大量薄膜热电材料性能参数的快速简易测试的实际需求。本专利技术提供的用于薄膜热电材料性能参数测试的装置、方法及系统具有简便、快速、精确的特点。
[0008]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供了一种薄膜热电材料性能参数测试装置，包括：自下而上设置的基础温度控制单元和温度差控制单元；
[0010]所述基础温度控制单元用于控制待测样品所处的基础温度；
[0011]所述温度差控制单元用于控制所述待测样品两端的温度差；
[0012]所述温度差控制单元包括待测样品承载部，所述待测样品承载部用于承载所述待测样品。
[0013]进一步地，所述装置还包括：缓冲层；
[0014]所述缓冲层设置在所述温度差控制单元和所述基础温度控制单元之间。
[0015]进一步地，所述基础温度控制单元包括：电加热块和液氮管路；
[0016]所述电加热块用于加热所述待测样品；
[0017]所述液氮管路用于提供室温至液氮温度区间的基础测试温度或快速冷却加热后的待测样品；
[0018]所述液氮管路设置于所述电加热块下方。
[0019]进一步地，所述电加热块上设置有检测孔，所述检测孔用于安装电加热源和测温元件。
[0020]进一步地，所述温度差控制单元还包括：加热部；
[0021]所述加热部用于控制所述待测样品两端的温度差待测样品。
[0022]进一步地，所述加热部包括：第一加热块和第二加热块；
[0023]第一加热块和第二加热块之间具有间隙，待测样品一端置于所述第一加热块上方，另一端置于所述第二加热块上方。
[0024]进一步地，所述待测样品承载部，包括：平行设置的第一样品槽和第二样品槽；
[0025]所述第一样品槽两端分别设置在所述第一加热块和所述第二加热块上；所述第二样品槽两端分别设置在所述第一加热块和所述第二加热块上；
[0026]所述第一样品槽用于承载待测样品和基底，所述第二样品槽用于承载空白基底。
[0027]进一步地，所述缓冲层靠近温度差控制单元的一侧设有分隔槽，待测样品的两端位于分隔槽的两侧。
[0028]第二方面，本专利技术实施例提供了一种薄膜热电材料性能参数测试方法，基于第一方面所述的装置，包括：
[0029]将盛放待测样品的基底放置在第一样品槽中，将空白基底设置在第二样品槽中；
[0030]利用基础温度控制单元将所述第一样品槽和所述第二样品槽的温度提升至设定温度；
[0031]在所述设定温度下，采集所述第一样品槽对应的电阻测试数据和所述第二样品槽对应的第一校准数据；
[0032]根据所述设定温度，利用温度差控制单元调整所述第一样品槽和所述第二样品槽的温度差至设定温度差；
[0033]获取所述设定温度差下所述第一样品槽对应的塞贝克电压和所述第二样品槽对
应的第二校准数据。
[0034]第三方面，本专利技术实施例提供了一种薄膜热电材料性能参数测试系统，其特征在于，包括：计算机设备、控制单元和第一方面中任意所述的述热电材料性能参数测试装置。
[0035]本专利技术可实现如下有益效果之一：
[0036]1、基础温度控制单元提供基础温度，为获取温度与导电性对应关系提供实验条件。温度差控制单元以基础温度控制单元提供过基础温度为基础，为待测样品提供稳定的温差，为获取温差与塞贝克电压的对应关系提供实验条件。如此，温度与导电性对应关系可以同时在一个体系中完成，从而简化了测试流程，提高了测试速度。由于温差以基础温度为基础且在同一个装置中完成，因此可以消除不同系统之间的系统误差，从而提高了测试精确度。
[0037]2、薄膜热电材料的最大特点是在受外力时容易形变，因此相对块状材料，绝大部分薄膜热电材料在被加热丝缠绕时或在其他需要承受外力的测试条件下，其形变会导致薄膜热电材料损坏或者热量分布不均，最终影响实验结果的精度，或者得不到任何有价值的数据。而温度差控制单元只是控制待测样品两端的温度差，因此测试过程中薄膜热电材料不会承受太多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜热电材料性能参数测试装置，其特征在于，包括：自下而上设置的基础温度控制单元和温度差控制单元；所述基础温度控制单元用于控制待测样品所处的基础温度；所述温度差控制单元用于控制所述待测样品两端的温度差；所述温度差控制单元包括待测样品承载部，所述待测样品承载部用于承载所述待测样品。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括：缓冲层；所述缓冲层设置在所述温度差控制单元和所述基础温度控制单元之间。3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述基础温度控制单元包括：电加热块和液氮管路；所述电加热块用于加热所述待测样品；所述液氮管路用于提供室温至液氮温度区间的基础测试温度或快速冷却加热后的待测样品；所述液氮管路设置于所述电加热块下方。4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述电加热块上设置有检测孔，所述检测孔用于安装电加热源和测温元件。5.根据权利要求1-4所述装置，其特征在于，所述温度差控制单元还包括：加热部；所述加热部用于控制所述待测样品两端的温度差待测样品。6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述加热部包括：第一加热块和第二加热块；第一加热块和第二加热块之间具有间隙，待测样品一端置于所述第一加热块上方，另一端置于所述第二加热块上方。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄重安，金文龙，赵文瑞，邹业，张凤娇，孟青，代小娟，朱道本，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：