[实用新型]小型热电材料样品热传导性能测试仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种小型热电材料样品热传导性能测试仪，属于半导体热电材料测试领域。

背景技术

利用温差热效应发电是一种新型节能环保技术，它是一种将热电材料的温差资源直接转化成电能的能量转化方式。与目前使用传统方式获取电能的方式相比，温差热效应发电不需要工作介质，能够直接、静态的运行，因无活动部件，它具有环保无噪音和高度的可靠性，许多低温和高温下工作的设备，如锅炉、汽车发动机和液化天然气储运罐等都可以作为其温差的提供者，来实现发电。这种发电方式既可以单独使用，也可以作为成熟工艺设备的辅助节能手段，应用领域十分广阔。

现有热电材料的转换效率偏低，热电理论的研究表明，热电材料的转换效率与电导率和Seebeck系数成正比，与热导率成反比。由于载流子热导率、电导率和Seebeck系数这三个物理量具有内在的关联，因此不能通过单独改变其中的一项来提高热电材料的转换效率，这成为限制热电材料应用的主要瓶颈。近年来热电材料的主要研究方向是降低材料的晶格热导率，由此，热电材料热导率的影响因素和实际测试成为被关注的问题。

热导率的影响因素：热传导是热能在固体内的输运过程，从宏观上讲，热能的输运是指热量在温度梯度下从高温端向低温端的流动。对处于本征态的半导体材料，载流子的双极子扩散会对热能的输运过程起作用，它的热导率                                                由载流子热导率、晶格热导率以及双极子扩散引起的热导率组成，即：

=++；

对处于非本征激发区的半导体材料，它的热导率仅需考虑载流子热导率和晶格热导率，即：

。

热导率的测试：由于热绝缘难以实现，这导致材料热导率的测量较为困难，热电材料的热传输不像材料的电传输那样可以被限制在导体内，它会通过辐射、对流等方式与周围环境发生热交换。对其热导率的测试需要尽可能减少除被测物体内部途径之外的一切热传输，并且，对不可避免的那部分热传输要进行较为精确的估计。在实际工程中和科学研究中采用的不同的方法进行热导率的测试。在实际工程中热导率的测试根据传热过程的宏观机理分为稳态法和非稳态法。稳态法测试所需的时间较长，而非稳态法测试对数据的采集和处理过程较为繁琐；并且这两种测试方法具有共同的缺点，其所需要的待测材料的体积都非常大，无法实现对小型样品的测试，而且精度低，无法满足科学研究的需要。科学研究中热导率的测试通常采用下式来计算：

，

式中为材料的热导率；

为热扩散系数；

为比热；

为试样的实际密度。

其中，热扩散系数的测试采用激光脉冲技术在流动的氩气中测定；比热采用差示扫描量热法DSC测量，也可在激光闪射法仪器中与热扩散系数同时测量得到；密度使用阿基米德排水法测得。这种方法测得的材料热导率才被学术期刊承认。其测试步骤极其繁琐，费用和耗时都非常高，极大的增加了热电材料研究的难度。

发明内容

本实用新型是为了解决实际工程中对小型热电材料样品进行热导率的测试比较因难的问题，提供一种小型热电材料样品热传导性能测试仪。

本实用新型由石英管、真空橡胶密封圈、传热橡胶密封圈、抽真空法兰、传热法兰、绝热样品架、紫铜传热柱、热电偶、单片机和调温装置组成， 

石英管的一端由真空橡胶密封圈密封，真空橡胶密封圈的外表面上设置抽真空法兰；石英管的另一端由传热橡胶密封圈密封，传热橡胶密封圈的外表面上设置传热法兰，传热橡胶密封圈的内表面与石英管内的绝热样品架固定连接，紫铜传热柱的一端穿过传热法兰和传热橡胶密封圈与绝热样品架固定连接，紫铜传热柱的另一端插入调温装置中；

热电偶用于测量待测样品的温度，热电偶具有两个探测端，分别为高温探测端和低温探测端，热电偶的输出端与单片机的输入端连接。

本实用新型的优点是：本实用新型通过采集热电材料待测样品热传导过程中温度变化的数据，与已知热导率的标准试样在热传导过程中温度变化的数据相比较，实现对小型热电材料样品的初步筛选，由于已知试样两端保持温差的能力大小与其热导率成反比，可以确定试样两端最终温差比较大的，热导率偏低。在此比较的基础上，选出与标准试样相比热导率相对下降的热电材料待测样品，再对其使用激光脉冲技术进行精确的测定，可以较快且方便的判断对热电材料改性实验的效果，有效减少研究费用并降低耗时。

附图说明