[发明专利]一种热电材料测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料测试装置领域，尤其涉及一种热电材料测量仪。

背景技术

对热电材料的研究是材料科学的一个研究热点。热电材料指通过其热电效应实现热能和电能直接相互转换的功能材料。作为一种能源转换材料，热电材料的应用不需要用传动部件，工作时无噪音，无排弃物，和太阳能，风能，水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染，并且这种材料性能可靠，使用寿命长，具有广泛的应用前景。

目前已有一系列的热电材料被研制出来，如BizTe系、PbTe系、SiGe系等合金，但由于其热电转换率相对较低，限制了热电材料的广泛应用。

衡量热电材料的热电性能用优值系数Z，Z值越高，热电转换效率越高，热电材料的性能越好。优值系数Z可通过以下公式计算得出：

Z＝S²σ/k    (1.1)

其中S是塞贝克系数，σ是材料的电导率，k是材料的热导率。

塞贝克系数是热电材料重要的性能参数之一，从式(1.1)可见，塞贝克系数S越大，优值系数Z越大，材料的热电性能越好。精确测量材料的塞贝克系数，对于研究热电材料性能以及开发新型热电材料具有重要的现实意义。

现有涉及塞贝克系数的测试装置，主要存在结构复杂，测试过程耗时较长，需根据极性来进行样品安装，难以进行低温测试以及测量精度较低等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的难题，提供一种可以从任意方向对热电材料的塞贝克系数进行测量、且不需确定待测样品的极性的热电材料测量仪。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种热电材料测量仪，包括样品台及其测试装置，该样品台包括底座及设于底座上的第一、第二样品夹，第一、第二样品夹内均设有加热元件及制冷元件，且第一、第二样品夹夹持样品的一侧均设有温度传感器及电压探针，该测试装置包括与加热元件及制冷元件连接的温度控制器、与加热元件及制冷元件连接的数据采集器、及与温度控制器及数据采集器连接的中心控制器。

该制冷元件为半导体制冷片，且其冷端靠近样品设置，其热端连接有一循环水冷装置；该循环水冷装置包括紧贴于半导体制冷片热端的水箱及将两个水箱连接起来的U型水管。

第一样品夹远离样品的一例通过一固定端夹柱安装于底座的一端上，第二样品夹远离样品的一侧通过可动端夹柱及调节装置安装于底座的另一端上，第一、第二样品夹的另一侧夹持样品；第一、第二样品夹的底部通过导轨与底座连接。

温度控制器包括与加热元件连接的交流调压器及与制冷元件连接的PWM积分器。

数据采集器包括与温度传感器连接的温度采集器及与电压探针连接的电压采集器。

中心控制器包括数据处理器及计算机，数据处理器连接温度控制器及数据采集器，计算机通过串口转USB模块与数据处理器连接。

该计算机包括以下功能模块：

监控模块，用于对测试装置的参数进行修正；

显示模块，用于显示测试过程中的各种参数。

样品台设于真空罩内部。

与现有技术相比，本发明在每个样品夹内均设有加热元件及制冷元件，可以从任意方向对热电材料的塞贝克系数进行测量、且不需确定待测样品的极性，当需要改变温差方向时，只需通过中心控制器改变加热元件及制冷元件的制热制冷情况，便可简单实现，而避免将样品从样品夹上拆卸再重新装上所带来的麻烦。

另外，本发明的测试环境可达到的最低温度较低，而且本装置结构简单，操作方便，系统响应快速，成本较低。

附图说明

图1为本发明热电材料测量仪的结构示意图；

图2为本发明样品台部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1及图2所示，一种热电材料测量仪，包括样品台及其测试装置，该样品台包括底座1及设于底座1上的第一、第二样品夹4、5，第一、第二样品夹4、5内均设有加热元件9、9’及制冷元件11、11’，且第一、第二样品夹4、5夹持样品的一侧均设有温度传感器15、15’及电压探针17、17’，该测试装置包括与加热元件9、9’及制冷元件11、11’连接的温度控制器14、与加热元件9、9’及制冷元件11、11’连接的数据采集器19、及与温度控制器14及数据采集器19连接的中心控制器。其中，该样品台设于真空罩内部，该底座1主要起支撑固定的作用，为了保证测试参数的准确性，该温度传感器15、15’及电压探针17、17’依次贴近样品设置。