[发明专利]一种热感生电压材料及其应用

说明书

本发明公开一种热感生电压材料及其应用，属于横向热电材料及器件技术领域。本发明选择YBa₂Cu₃O_7‑δ(0<δ<0.5)薄膜作为热感生电压材料，利用脉冲激光沉积技术在倾斜角为5°～20°的SrTiO₃或/和LaAlO₃单晶衬底上生长厚度为50～300nm的YBa₂Cu₃O_7‑δ(0<δ<0.5)薄膜。本发明所述热感生电压材料信号响应率高，响应时间快，信号重复性和线性关系好，无需电源驱动和制冷，无需放大，探测元件简单，工作简便，测量动态范围宽，节约能源，可以用来制作一些灵敏快速的热感生电压探测元件；且温度和热电势方向垂直，可以独立调制维度和方向，易于制备成阵列，探测瞬态热场或热流，相比于目前的器件具有很大突破和优势，应用于脉冲或连续热信号探测、瞬态热场和热流体探测的工业、军事领域。

技术领域

本发明涉及一种热感生电压材料及其应用，属于横向热电材料及器件技术领域。

背景技术

目前，接触式的热场和热流传感器主要分为热电阻型、热电型、热阻型三大类。热电阻型传感器是基于金属或半导体的电阻和温度的一一对应关系，通过测量金属或半导体探测元件的电阻来判断温度，这类探测器需要电源驱动，在恒定电流或恒定电压下获得电阻值而判断温度，响应速度慢，最快ms量级。热阻型是基于热流通过传感器时，在传感器的热阻层上产生温度梯度，根据傅里叶定律得到通过传感器的热流密度，需要一对热电偶来测量热阻层的温差，温差的数值与热电偶产生的电动势数值成正比，测出温差热电势即反映出热流密度；为了加大传感器的输出信号，将众多热电偶串联形成热电堆，这样测量的热阻层两边的温度信号是串联的所有热电偶信号的逐个叠加，反映出多个信号的平均特性，响应时间s～ms量级；热电型热流传感器，主要有线绕式、半导体式、超薄式(Gardon计)，是由热场或热流体扫过或冲击热电材料元件(热阻层)加热，带来温度梯度而产生的热电势来标定温度或热流密度，不需要电源驱动，但需要水冷等制冷部件，热电势与温度梯度方向相同；通常，为了获得大的输出信号需要将众多热电偶串联起来形成热电堆，体积增大，信号大，能反映多个信号的平均特性，响应时间在0.1s～20ms量级；而实际上，在温度梯度方向上的有限空间里设计冷端、热端、电极并带制冷部件，器件复杂，难以制备成阵列。上述三类传感器都比较复杂，探测元件维度大，热阻大，对热场有一定破坏，即使最薄的薄膜型0.5mm，也会带来测量偏差，响应速度慢，难以制造成阵列，难以捕捉真实的热场，特别是动态瞬时热信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高响应率和快响应速度的热感生电压材料，其电压信号响应率达到0.35mV/W/cm²，响应时间达到100us以内；具体方案为：选择YBa₂Cu₃O_7-δ薄膜作为热感生电压材料，其中0<δ<0.5。

优选的，本发明所述YBa₂Cu₃O_7-δ薄膜的制备方法为：利用脉冲激光沉积技术在倾斜角为5°～20°的SrTiO₃或LaAlO₃单晶衬底上生长厚度为50～300nm的YBa₂Cu₃O_7-δ(0<δ<0.5)薄膜。

本发明所述热感生电压材料用于制备热流探测元件的方法，具体为：在薄膜面内的倾斜方向上制备两个电极，两个电极之间相隔一定距离，电极两端接出引线到同轴电缆，接到高频示波器上；当连续或脉冲热源辐射传导到薄膜表面，或热流体扫过薄膜表面，两电极之间能测到该电压信号；在薄膜表面的倾斜方向上获得响应时间小于100ns，电压信号mV量级，由高频示波器或万用表采集到该电压信号。

优选的，两个电极之间的距离大于2mm。