[发明专利]一种薄膜热电性能参数的测量装置和方法

权利要求书

1.一种薄膜热电性能参数的测量装置，其特征在于，包括散热片（1）、热电模块（2）、隔热材料（3）、金属圆棒（4）、热电偶线（6）、电压表（7）、电源（8）、数据采集仪（9）和计算机（10）；该测量装置相对于待测薄膜样品（5）呈轴对称结构，所述待测薄膜样品（5）夹于两根所述金属圆棒（4）之间，所述待测薄膜样品（5）的面积与所述金属圆棒（4）横截面积相同，将所述待测薄膜样品（5）及金属圆棒（4）置于真空腔室内或包裹一层隔热材料以最大限度减少热量损失；两根所述金属圆棒（4）与所述待测薄膜样品（5）不接触的两端分别连接两个所述热电模块（2），用于加热或制冷；两个所述热电模块（2）另一端分别连接两个所述散热片（1）；在每根所述金属圆棒（4）上等距离地钻有小孔作为测温点，将所述热电偶线（6）置于小孔内并集中于所述数据采集仪（9）来测量所述金属圆棒（4）内的温度分布，从所述两根金属圆棒（4）靠近所述待测薄膜样品（5）一端小孔内引出导线连接所述电压表（7），用来测量电压；从所述两根金属圆棒（4）远离所述待测薄膜样品（5）一端小孔内引出导线连接电源（8），用来输入电流。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜热电性能参数的测量装置，其特征在于，所述金属圆棒（4）可以是铜、铝、不锈钢等材料，所述金属圆棒（4）的长度范围为1cm至10cm，横截面直径范围为0.1cm至5cm。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜热电性能参数的测量装置，其特征在于，所述真空腔室的真空度在10 Pa以下，所述隔热材料（3）的热导系数小于0.5 W/mK，所述隔热材料（3）包括多孔材料、热反射材料、多层复合材料、真空隔板材料等。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜热电性能参数的测量装置，其特征在于，每根所述金属圆棒（4）上测温点的小孔数量不小于2个。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜热电性能参数的测量装置，其特征在于，所述热电偶线（6）可以是S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶之一。

6.一种薄膜热电性能参数的测量方法，使用如权利要求1所述的薄膜热电性能参数的测量装置，其特征在于，本方法具体实施步骤为：

1）通过对所述热电模块（2）输入不同的电流，在所述金属圆棒（4）和所述待测薄膜样品（5）之间建立稳定的温差，利用所述热电偶线（6）测量所述金属圆棒（4）的温度分布，根据该温度分布推算出所述待测薄膜样品（5）上下表面的温差；

2）通过所述待测薄膜样品（5）上下表面的温差，根据热传导方程推算出所述待测薄膜样品（5）的热导系数；

3）通过所述待测薄膜样品（5）上下表面的温差和测得的塞贝克电压值，根据塞贝克系数的定义式，计算出所述待测薄膜样品（5）的塞贝克系数；

4）通过对所述金属圆棒（4）输入正反弱电流，结合塞贝克电压值和测得的电压值计算出所述待测薄膜样品（5）的电阻值，并进一步通过电阻定义和所述待测薄膜样品（5）的几何尺寸关系计算出所述待测薄膜样品（5）的电导系数；

5）对不同厚度的所述待测薄膜样品（5）测量各参数后，通过线性拟合的方法扣除接触电阻、接触热阻等因素的影响，得到所述待测薄膜样品（5）的真实热导系数、塞贝克系数和电导系数，并进一步计算所述待测薄膜样品（5）的ZT值；

6）通过改变上下所述热电模块（2）的输入电流来改变温度参数，获得不同温度下，所述待测薄膜样品（5）的真实热导系数、塞贝克系数、电导系数和ZT值。