【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热电器件测试领域，具体涉及一种块体能斯特器件输出性能的测试装置和方法。
技术介绍
1、热电材料是一种能直接实现热能与电能之间相互转换的功能材料，基于热电材料的热电器件具有体积小、无噪声、高可靠性、高稳定性、无污染等优点。近些年，在工业余热废热发电、物联网自支持电源、深空探测电力供应、全固态制冷以及精准控温等领域有重要应用需求。
2、作为一种热电效应，(反常)能斯特效应是指在(零)外磁场下，温度梯度诱导产生的热电势会出现在与温度和磁场彼此正交的方向上。近些年来，由于拓扑材料中存在大的非零贝利曲率，使得材料内部存在大的拓扑响应，使得反常能斯特效应受到热电领域越来越多的关注。基于能斯特效应的热电器件具有独特的结构优势：只需由一种导电类型的材料组成、输出电压可随电势方向尺寸正比增加，无需三维堆垛结构，更利于集成等。能斯特器件独特的结构优势使得横向热电具有潜在的科学研究和应用价值。目前，关于能斯特器件的研究引起了领域内的广泛关注，但国际上还没有关于厘米级的块体能斯特器件研究的报道。
3、对能斯特器件的性能表征而言，准确地测试能斯特器件的输出电压和功率，以及构建器件两端大的温差是非常有意义的。现有技术中，对高热导率的基体材料组装成的器件构筑稳定且大的温差，精准测量输出电压和功率，以及测量大尺寸(如5.5cm*3cm)器件的技术是报道不完备的，基本上没有对能斯特器件输出性能的测试方法或装置。
4、关于热电材料的塞贝克效应的测试有少量研究，如cn101285788a公开了一种热电材料测量仪，包括
5、关于热电材料的能斯特效应研究中，在cn108761186a公开了一种针对软磁金属材料的反常能斯特电压的测量方法，其中采用电阻片和铜柱进行薄膜器件两端温差的构建，在施加磁场的情况下测试材料的反常能斯特电压，进而评估材料的能斯特系数，实现了一种评估软磁金属材料的能斯特电压的方法。但其测试的材料能斯特效应是材料本身的固有性质，而非反常能斯特效应基的器件的性能表征，无法直接适用于能斯特器件的测试中。
6、因此针对厘米级大温差的块体能斯特器件的输出性能的测试方法和装置在市场上仍然缺失。另一方面，如何在器件冷热端构建大且稳定的温差也是准确测试器件输出性能的关键。现阶段国际上也还没有关于块体能斯特器件研究的报道。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中能斯特器件测量技术少，对高热导率基体材料组装成的器件无法构建大且稳定的温差，测量设备对大尺寸器件不适用等问题，提供一种块体能斯特器件输出性能的测试装置和方法，该装置可适用于大尺寸器件的性能测试，特别是厘米级尺寸的器件，且热端和冷端构筑的温差大(对于室温高热导率的co2mnga基器件可获得高达5.8k/mm的温度梯度)，对输出信号的测试精度优异(分辨率在0.01μv以下)。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种块体能斯特器件输出性能的测试装置，所述测试装置从上至下依次包括相互贴合的电阻片、铜片、热电偶、待测器件、热电偶、铜片、多级制冷片和水冷铜柱；
4、电阻片连接电源进行制热，多级制冷片连接电源进行制冷；
5、所述待测器件的上下面用陶瓷基板封装，形成上基板和下基板分别与铜片贴合；
6、待测器件上基板和下基板与铜片接触面分别设置至少2根热电偶进行温度监控，待测器件两端连接电压表的输入端和数字源表的输出端进行数据测量，待测器件两侧设有内置高斯计的电磁体，使待测器件处于磁场中心区；
7、所述水冷铜柱为设有多个孔洞的铜块，孔洞处穿插连接水冷机的冷却水管，带走水冷铜柱的热量。
8、本专利技术中以高热导率的铜片平衡和稳定热端及冷端的热量，同时铜片的设计能够突破待测器件尺寸的限制，一般测试中待测器件的尺寸不易超过加热电阻片的尺寸，本专利技术中仅需铜片的尺寸大于待测器件即可。通过放置在热端(冷端)的铜片，经电阻片(器件下表面)传导的热量经过铜片时由于铜的极高热导率会在铜片的下表面(上表面)形成一个等温面，从而获得器件表面各部分均一的温度，并获得上下表面稳定且均匀的温度差。
9、另外，在多级制冷片下方设置具有特殊结构的水冷铜柱，例如针对co2mnga等基体材料具有较高的热导率(27w m-1k-1@300k)所组装成的器件，在测试过程中，通过器件上表面的热量很快便会传导到下表面，如果下表面的热量无法传导出去，那么会导致器件的温度持续升高，难以获得稳定的测试温差。因此，本专利技术中采用一个通有冷却水的多孔水冷铜柱放置在器件测试的冷端，并在器件下表面的铜片下方放置一个多级制冷片，使得经过器件下表面的热量经由多级制冷片得以快速带走，并且通过水冷铜柱中的冷却水消散掉。以此实现在待测器件两端构筑较大的温差。
10、所述待测器件为块体能斯特器件。现有技术中块体能斯特器件非常少见，申请人在早期研究中成功制备了块体能斯特器件，并进一步研究了块体能斯特器件的输出性能测试装置和方法，得出本专利技术的装置，该装置可以针对厘米级大温差的块体能斯特器件的输出性能测试方法和装置，利用多级制冷片和水冷铜柱在器件的冷端进行良好地散热，实现了对高热导率的基体材料组装成的器件构筑稳定且大的温差，并能够测定不同磁场和温差条件下能斯特器件的输出性能，为块体能斯特器件的新发展提供了有利的辅助工具。
11、在一些实施方式中，温度监控设备、高斯计和电压表同时与电脑端连接，进行信号同步展示，能够实现每1s的信号实时同步显示。通过对待测器件冷端和热端的温度、磁场和电压的同步展示，这有利于确定器件在何时实现了稳定的温差，并可进行后续变磁场的能斯特电压和功率测试。
12、在一些实施方式中，电阻片和多级制冷片连接的电源包括电流源或电压源。
13、在一些实施方式中，各部件之间采用导热硅脂填充贴合；采用导热硅脂填充各部件之间的缝隙，进一步增加部件的热传导，降低传输过程中的热量损耗，为待测器件构建稳定且大的温差，并实现大的转化效率，使得到的测量结果更准确。
14、在一些实施方式中，导热硅脂的导热系数在300k时达到3w m-1k-1以上，优选5w m-1k-1以上，导热硅脂的导热效果越高，越有利降低热量损耗，测量结果更准确。优选地，导热硅脂的导热系数300k时达到18w m-1k-1。
15、在一些实施方式中，所述铜片尺寸大于待测器件，铜片厚度在3-10mm，本专利技术中铜片用于分散和平衡来自电阻片和流入多级制冷片处的热量，从而使热量均匀稳定地分布在待测器件的上下表面，因此铜片尺寸应大于待测器件，在保证器件处于磁场均匀区的情况下，本专利技术的测试装置适用于待测器件的尺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括从上至下依次包括相互贴合的电阻片、铜片、热电偶、待测器件、热电偶、铜片、多级制冷片和水冷铜柱；
2.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，温度监控设备、高斯计和电压表同时与电脑端连接，进行信号同步展示。
3.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，各部件之间采用导热硅脂填充贴合；导热硅脂的导热系数300K时达到3W m-1K-1以上。
4.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述铜片尺寸大于待测器件，铜片厚度在3-10mm。
5.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述热电偶厚度在20μm以下，所述热电偶在待测器件上基板和下基板与铜片接触面间分别设有3根；和或，所述热电偶等距放置。
6.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述多级制冷片在室温下可实现的最大温差在20K以上。
7.根据权利要求1所述的
8.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述电压表的分辨率在0.01μV以下，数字源表的分辨率在0.01μA以下。
9.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，多根热电偶采用一台多路热电偶温度记录仪进行温度监控。
10.一种块体能斯特器件输出性能的测试方法，其特征在于，以权利要求1-9任一项所述的测试装置对待测器件进行测试，得到待测器件的输出电压和/或输出功率。
...【技术特征摘要】
1.一种块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括从上至下依次包括相互贴合的电阻片、铜片、热电偶、待测器件、热电偶、铜片、多级制冷片和水冷铜柱；
2.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，温度监控设备、高斯计和电压表同时与电脑端连接，进行信号同步展示。
3.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，各部件之间采用导热硅脂填充贴合；导热硅脂的导热系数300k时达到3w m-1k-1以上。
4.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述铜片尺寸大于待测器件，铜片厚度在3-10mm。
5.根据权利要求1所述的块体能斯特器件输出性能的测试装置，其特征在于，所述热电偶厚度在20μm以下，所述热电偶在待测器件上基板和下基板...
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