[发明专利]一种微纳米材料热电性能的双温控测量方法

说明书

本发明涉及一种微纳米材料热电性能的双温控测量方法，采用两个独立控温的微加热器，且微加热器由悬空薄膜支撑，包括以下步骤：将两个独立控温的微加热器放置于真空系统中，连接好测试电路，进行参照组的测试；将待测的微纳米材料两端分别用导电材料固定在两个独立的微加热器上，并通过金属引线引出，再放置于真空系统中，连接好测试电路，进行测试，同时记录待测的微纳米材料两端的电阻值和产生的Seebeck电压值；利用热平衡原理和傅里叶导热定律计算得出材料的热导率。本发明不需要辅助控温系统，具有冷热端温度和温差独立且连续可控的优点，还可以结合现代分析测试仪器进行微纳米材料热电性能的原位表征。

技术领域

本发明涉及材料性能测试技术领域，特别是涉及一种微纳米材料热电性能的双温控测量方法。

背景技术

热电材料作为一种能将热能和电能相互转换的功能材料，有望能够缓解当前的能源危机。纳米热电材料由于具有增强的声子散射和量子限制，其热电性能优于体材料的热电性能，这为提高热电材料的热电转换效率开辟了新领域。因此，开发纳米材料热电性能的测量技术至关重要。

目前对单个纳米材料热导率、电导率以及热电性能的测量方法有很多，包括基于MEMS微制造的悬浮装置、3ω-SThM技术、拉曼热成像、基于一维瞬态传导理论的各种测试方法等。基于MEMS微制造的悬浮测试装置具有低成本和高精度等优势，而且可以测量的尺寸小到数十纳米的材料。目前普遍采用的桥路法是把单根纳米材料固定在悬浮微结构两端，悬浮微结构两端都有Pt电阻线圈，一端起加热作用，另一端起测温作用。上述微结构的缺点在于，需要外界的控温系统来测试不同温度下材料的热电性能。另外，其核心微结构是由悬臂梁支撑，在受热受力作用下很容易受到破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微纳米材料热电性能的双温控测量方法，不需要辅助控温系统，具有冷热端温度和温差独立且连续可控的优点，还可以结合现代分析测试仪器进行微纳米材料热电性能的原位表征。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种微纳米材料热电性能的双温控测量方法，采用两个独立控温的微加热器，且微加热器由悬空薄膜支撑，包括以下步骤：

(1)将两个独立控温的微加热器放置于真空系统中，连接好测试电路，进行参照组的测试，分别对两个微加热器施加一系列电压和使得两个微加热器分别加热到一系列温度和并且满足两个微加热器的温差为定值ΔT，其中，下标h和c分别表示热端加热器和冷端加热器；

(2)将待测的微纳米材料两端分别用导电材料固定在两个独立的微加热器上，并通过金属引线引出，再放置于真空系统中，连接好测试电路，进行测试，分别对两个微加热器施加一系列电压和根据两个微加热器的电阻温度系数得到两个微加热器的温度和并且保持两个微加热器的温差为定值ΔT，同时记录待测的微纳米材料两端的电阻值R和产生的Seebeck电压值ΔV；

(3)利用热平衡原理和傅里叶导热定律计算得出材料的热导率κ，其中：T₀为测试过程中的环境温度；和分别为样品组热端和冷端加热器的热通量；和分别为参照组热端加热器和冷端加热器的热通量；l和A分别为待测微纳米材料的长度及横截面积。

所述步骤(2)中在测试电路的两个微加热器上串联一个精密电阻R₁₀₀，实时记录精密电阻R₁₀₀两端的电压和分别得到两个微加热器铂电阻丝上的电压和通过的电流，计算出两个微加热器的铂电阻丝的电阻值和热通量。

所述两个微加热器均能够独立从室温加热至700℃。

所述两个微加热器之间的温差ΔT能够从0℃-700℃连续调控。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：