[发明专利]用于测量样品的热电性能的样品座及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料的测量领域，具体地，涉及一种测量样品（例如，热电材料）的热电性能（例如，热电势和电阻率）的样品座以及测量方法。

背景技术

热电材料可以实现热能与电能的直接转换，自从上个世纪九十年代以来引起了人们越来越广泛的关注。热电材料的性能优劣可由热电优值系数ZT(Thermoelectric figure of merit)来评价，其表征公式为：ZT=S²T/ρ(κ_L+κ_e)，其中，S为热电势（或称Seebeck系数），T为绝对温度，ρ为电阻率，κ_L为晶格热导率,κ_e为电子热导率。热电势和电阻率是描述热电性能好坏的两个首要物理量。在热电材料研究过程中，面临着大量的待测样品，对于很多样品而言，如果热电势过低或者电阻率过高则表明这些热电材料没有热电应用前景，没有必要进行进一步的测量（这些测量包括热导率和载流子浓度的测量等等）,也就是说可以通过测量热电势和电阻率筛选出那些可能具有较高热电性能的热电材料，再对这些热电材料进行进一步的研究，从而大大提高研发效率。对于热电势和电阻率的测量设备而言，它需要能在一个足够宽的温度范围里迅速准确地完成测试，要满足这个条件，就需要合理地设计样品座并采用可靠的测量和数据处理方法。

在专利号为201220366801.6、发明名称为“热电材料的测试样品座及其热电性能测量装置”的中国实用新型专利中，样品座只有一个温差加热器，这个温差加热器被用银胶固定在第二压块上，在使用过程中，特别是在高温测量中，该温差加热器容易脱落，而且由于其只有一个温差加热器而使得所测量的热电势值不够可靠。

发明内容

本发明提供一种用于测量样品的热电性能的样品座以及测量方法，与现有具有单个温差加热器的样品座相比，本发明所提供的样品座有助于提高热电性能测量的可靠性。

本发明提供一种用于测量样品的热电性能的样品座，该样品座包括基座、绝缘垫片、两个第一压块、两个第二压块、两个第三压块和两个温差加热器，其中：所述基座上铺设所述绝缘垫片，所述两个第一压块间隔安装在所述绝缘垫片上，所述两个第二压块分别位置相对地叠压在所述两个第一压块上，被测样品悬置并且两端分别固定在所述第一压块与所述第二压块之间，所述两个第三压块分别位置相对地叠压在所述两个第二压块上，各个所述第二压块与所述第三压块之间分别放置一个所述温差加热器。

本发明还提供一种用于采用上述样品座对样品的热电性能进行测量的方法，该方法包括：

将固定了所述被测样品的所述样品座置于为真空的样品室中，其中所述被测样品的两端上分别固定有温度检测元件和热电电压输出端；

交替地启动和关闭位于所述被测样品的两端上的所述温差加热器以使所述被测样品交替地处于两端温度不均匀的升温阶段和降温阶段，并使用所述温度检测元件和所述热电电压输出端来获取所述升温阶段和所述降温阶段中所述被测样品两端的温度差和热电电压，直到在设定温差范围中获得了多组所述温度差和所述热电电压为止；以及

依据在各个所述升温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第一热电势，依据在各个降温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第二热电势，并利用所述第一热电势和所述第二热电势来获得所述被测样品的热电势。

根据本发明的样品座通过第二压块和第三压块来固定温差加热器，所以解决了测量过程中，温差加热器容易脱落的问题。另外，由于根据本发明的样品座和测量方法利用了两个温差加热器，所以可以大大提高热电性能测量的可靠性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a和图1b分别为根据本发明一种优选实施方式的样品座的俯视图和侧视图。

图2为结合根据本发明的样品座来测量样品的热电性能的测量系统的结构示意图。

图3为真空样品室的结构示意图。

图4为热电势测量原理示意图。

图5显示了实施例1中，在使用准稳态测量模式测量热电势的一个典型的测量周期中，康铜样品两端的温度、温度差ΔT和热电电压ΔU随时间变化的情况。

图6显示了根据图5中的升温段和降温段所得到的ΔU-ΔT曲线图。

图7显示了测量不稳定样品时的ΔU-ΔT曲线图。