[发明专利]一种薄膜热电材料性能参数测试装置、方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于薄膜热电材料性能参数测试装置、方法及系统，用于解决传统热电性能参数测试方法操作复杂、测试速度慢、测试精确度低、并难以满足大量薄膜热电材料性能参数的快速简易测试的问题。本发明测试装置包括：自下而上设置的基础温度控制单元和温度差控制单元；基础温度控制单元用于控制待测样品所处的基础温度；温度差控制单元用于控制待测样品两端的温度差；温度差控制单元包括待测样品承载部，待测样品承载部用于承载待测样品。本发明提供的技术方案能够简便、快速、精确地测试薄膜热电材料热电性能参数且能够自动处理的薄膜热电材料热电性能参数。

技术领域

本发明属于热电测试技术领域，具体涉及一种用于薄膜热电材料性能参数测试的装置、方法及系统。

背景技术

热电材料是一种能够实现热能与电能之间相互直接转换的特殊功能材料，为废热与自然界热提供了一种简单有效的利用方式。作为一种能源转换材料，热电材料具有结构紧凑、体积小、没有运动部件、无噪音、无排泄物(无污染)、可靠性高等优点，在太阳能、地热能、工业余热废热利用、生物体微温度差发电、自供电传感器等方面受到广泛的研究和应用。在现有技术中，测试热电材料性能参数的装置主要面向无机热电材料进行设计，待测样品多为坚硬的块体或厚片，可以无需支撑基底而直接进行测试，且测试部件与待测材料的硬接触不会对上述无机热电材料造成损伤。有机热电材料多为纳米至微米量级厚度的薄膜或软性结构，目前还鲜有专门的测试设备。用于传统块体或厚片测试的无机热电测试设备难以直接应用于无法自支撑的纳米至微米量级厚度的薄膜热电材料的性能参数测试。

在热电材料性能参数测试方面，塞贝克系数和电导率的精确表征是最为重要的内容之一。材料的塞贝克系数S可以表示为：S＝ΔV/ΔT，式中，ΔT为材料两端的温度差，ΔV为该温度差下材料两端产生的塞贝克电压。在测试材料的塞贝克系数时，首先需要在样品两端创建一个温度差，测量该温度差下样品两端产生的电压即为塞贝克电压。传统测试方法通常采用测温热电偶和测电压探针同时测出样品两端的温度差和塞贝克电压，操作复杂且测试精度低，并且难以直接应用于基底支撑的薄膜热电材料的塞贝克系数测试。

材料的电导率σ可以通过测试其电阻R以及样品的尺寸信息计算得到。在电导率测试时，给特定尺寸(长L、宽W、厚度H)的样品施加电流I，测得其电压为V，则电阻R＝V/I，电导率σ＝IL/(VWH)。

材料的功率因子PF是热电性能的重要评估参数之一，由塞贝克系数与电导率共同决定：PF＝S²σ。要得到准确的功率因子，通常要求在同一测试系统且对同一样品先后进行塞贝克系数和电导率的测试。

以有机材料为代表的薄膜热电材料具有柔性好、本征热导率低、室温区性能优异等特点，在低温微温度差发电等方面具有优势，有望和传统的无机热电材料互补，成为新一代柔性电子器件的重要能源器件之一。近年来，薄膜热电材料的研究经历了快速发展，然而薄膜热电材料的主要参数测试目前还缺乏高效快速的设备。有鉴于此，设计一种适用于测试薄膜热电材料的测试装置，是目前亟需解决的问题。

发明内容

基于上述分析，本发明旨在提供一种用于薄膜热电材料性能参数测试的装置、方法及系统，以解决如下技术问题之一：(1)传统热电性能参数测试方法操作复杂；(2)传统热电性能参数测试方法测试速度慢、测试精确度低；(3)传统热电性能参数测试方法难以满足大量薄膜热电材料性能参数的快速简易测试的实际需求。本发明提供的用于薄膜热电材料性能参数测试的装置、方法及系统具有简便、快速、精确的特点。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种薄膜热电材料性能参数测试装置，包括：自下而上设置的基础温度控制单元和温度差控制单元；

所述基础温度控制单元用于控制待测样品所处的基础温度；

所述温度差控制单元用于控制所述待测样品两端的温度差；