[发明专利]薄膜温差电材料赛贝克系数测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域中温差电材料性能测试技术，特别涉及一种薄膜温差电材料 赛贝克(Seebeck)系数测试系统及方法。

背景技术

温差电材料是一种能实现热能与电能之间相互转换的功能材料，在温差发电、制冷和 传感器等方面具有广泛应用。Seebeck系数是评价温差电材料性能的重要指标。Seebeck系 数定义如下：当温差电材料两端存在温差ΔT＝T₁-T₂，且T₁>T₂时，则在温差电材料的两 端会有一个电位差E_ab出现，其数值为：

E_ab＝α_abΔT            (1)

(1)式中α_ab为常数，该常数被称为温差电材料的Seebeck系数。

目前商业化的温差电材料Seebeck系数测试仪都是针对块体温差电材料设计并制造 的，尚没有适用于薄膜温差电材料Seebeck系数测试的仪器。

本专利提出了一种专门用于薄膜温差电材料Seebeck系数测试的测试系统及其结构。

发明内容

本发明提出了一种专门用于薄膜温差电材料Seebeck系数测试的测试系统，该系统由 测试装置和控制及测试电路系统二部分构成。待测薄膜温差电材料试样放置在测试装置 内，测试装置可以在大气环境中运行，也可以在密闭的真空环境中或者保护性气氛中运行。 控制及测试电路系统用于调控测试装置内部待测试样及其周围环境的温度并保持温度恒 定，实现对测试装置内部测试过程的控制和测试数据的采集，并将测试数据传输至微型计 算机，通过微型计算机实现对整个测试系统测试过程的控制、测试数据的处理以及测试数 据的实时显示。该系统可实现对薄膜温差电材料Seebeck系数的精确测量。

本发明的一种薄膜温差电材料塞贝克系数测试的测试系统，包括测试装置和控制及测 试电路系统；测试装置由试样支撑架外罩1、试样支撑架2、加热块3、待测试样4、绝缘 片5、试样固定卡6、试样固定卡固定螺钉34、试样测温热电偶7、样品室测温热电偶8、 密封卡箍9、外引线接口10、接外引线三通11、试样支撑架连接端口22、样品室加热器 23、密封圈24、三通密封盖35组成；其特征是试样支撑架外罩1的内部形成放置待测试 样的样品室；待测试样4放置在位于试样支撑架2上的绝缘片5之上，并通过试样固定卡 6分别与二个试样测温热电偶7紧密接触；通过位于待测试样一侧的电加热块3在待测试 样4的内部建立起温差，并通过与待测试样4紧密接触的、且沿温差方向间隔分布着的二 个试样测温热电偶7测得二个试样测温热电偶7所在位置处薄膜温差电材料的温度，同时 分别借助于由这两个试样测温热电偶7中的各一根导线引出的Seebeck电动势测量线28， 测得试样在这两个测温热电偶7所在位置处薄膜温差电材料内部产生的Seebeck电动势； 控制及测试电路系统是：样品室测温热电偶导线25、加热块电源线26、试片测温热电偶 导线27以及Seebeck电动势测量线28均通过安装在接外引线三通11上的外引线接口10 延伸出测试装置。由测试装置内的试样测温热电偶7、样品室测温热电偶8、电加热块3 以及样品室加热器23连出的样品室测温热电偶导线25、加热块电源线26、试片测温热电 偶导线27、Seebeck电动势测量线28以及样品室加热器电源线29分别连接到或者先经过 冰水浴31之后再连接到控制及数据采集装置30；控制及数据采集装置30由A/D转换器、 单片机、串口转换、电源、进行信号传输及信号处理的电子电路、按钮开关等组成；控制 及数据采集装置30通过数据传输线32连接到微型计算机33上；由微型计算机33对控制 及数据采集装置30采集到的数据进行处理，并在微型计算机33的显示器上实时显示数据 处理结果。

本发明根据温差电材料两端存在的温差ΔT＝T₁-T₂，且T₁>T₂时，则在温差电材料的 两端会有一个电位差E_ab出现，其数值为：

E_ab＝α_abΔT            (1)