熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法，包括測量探針（24）、樣品固定平臺(tái)（12）、探針固定平臺(tái)（13）、溫度控制系統(tǒng)（14）、電學(xué)采集儀（15）、與電學(xué)采集儀（15）連接的計(jì)算機(jī)（16）以及水冷機(jī)（11）。實(shí)施本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)樣品的大小，利用第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)加熱塊與冷卻塊的位置，使兩者夾持樣品至合適的位置，利用第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)測量探針的位置，可簡便地對樣品合適的位置進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的測量；再者，依次采用第一功率加熱器、第二功率加熱器對樣品表面溫度進(jìn)行控制，能夠減少測量時(shí)間以及提高測量精度。
【專利說明】熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料測試裝置領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以熱電材料制造的熱電器件可應(yīng)用在發(fā)電、制冷和傳感器等領(lǐng)域，其工作時(shí)無噪音、無污染，使用壽命超過十年，是一種應(yīng)用廣泛的綠色能源器件。溫差發(fā)電器件的性能取決于基礎(chǔ)原材料:熱電材料。因此，精確的表征和測量熱電材料的熱電性能，具有非常重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。近年來隨著熱電材料研究的飛速發(fā)展以及新型熱電材料的出現(xiàn)，現(xiàn)有的熱電材料測試技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足該領(lǐng)域的需求，尤其是目前研究較為廣泛的熱電薄膜材料，尚沒有理想的對于其性能表征的測試儀器。
[0003]塞貝克系數(shù)是熱電材料的重要性能參數(shù)之一，精確的測量材料的塞貝克系數(shù)對于材料的性能、應(yīng)用前景等都具有重要的意義。目前現(xiàn)有的測試儀器對于塊體材料的塞貝克系數(shù)的測量比較復(fù)雜且精度不高，對于樣品大小有明顯的限制，而對于目前研究廣泛的薄膜材料的測量更加力不從心。因此迫切需要一種精度高、使用方便的熱電材料塞貝克系數(shù)測量儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置比較復(fù)雜且測量精度不高的缺陷，提供一種使用簡便且測量精度高的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，包括測量探針、樣品固定平臺(tái)、探針固定平臺(tái)、溫度控制系統(tǒng)、電學(xué)采集儀、與所述電學(xué)采集儀連接的計(jì)算機(jī)以及水冷機(jī)；其中，所述樣品固定平臺(tái)包括第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及安裝在所述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的用于夾持樣品的加熱塊與冷卻塊；所述加熱塊與所述冷卻塊可分別在所述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)；所述加熱塊與所述溫度控制系統(tǒng)連接，且所述加熱塊上安裝有用于檢測其溫度的第一溫度傳感器；所述冷卻塊與所述水冷機(jī)連接，且所述冷卻塊上安裝有用于檢測其溫度的第二溫度傳感器；所述第一溫度傳感器與第二溫度傳感器分別與所述溫度控制系統(tǒng)連接；
[0006]所述測量探針為至少兩個(gè)，且每個(gè)所述測量探針包括與所述溫度控制系統(tǒng)連接的溫度探針以及與所述電學(xué)采集儀連接的電勢探針；所述探針固定平臺(tái)包括第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；兩個(gè)所述測量探針分別安裝在所述第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，并可實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。
[0007]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度控制器以及與所述溫度控制器連接的第一功率加熱器與第二功率加熱器；所述第一功率加熱器與所述第二功率加熱器分別與所述加熱塊連接。
[0008]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述第一功率加熱器與所述第二功率加熱器依次對所述加熱塊進(jìn)行加熱時(shí)，所述第一功率加熱器設(shè)定的加熱功率大于所述第二功率加熱器設(shè)定的加熱功率。
[0009]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括兩個(gè)豎直導(dǎo)軌、安裝在兩個(gè)所述豎直導(dǎo)軌之間的水平導(dǎo)軌以及安裝在所述水平導(dǎo)軌上的兩個(gè)第一滑塊；所述加熱塊以及所述冷卻塊分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)所述第一滑塊上。
[0010]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括第一直線導(dǎo)軌、安裝在所述第一直線導(dǎo)軌上的兩個(gè)第二直線導(dǎo)軌以及分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)所述第二直線導(dǎo)軌上的兩個(gè)第二滑塊；兩個(gè)所述測量探針分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)所述第二滑塊上。
[0011]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置還包括第三二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；所述第三二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括與所述第一直線導(dǎo)軌相對所述水平導(dǎo)軌對稱設(shè)置的第三直線導(dǎo)軌、安裝在所述第三直線導(dǎo)軌上的第四直線導(dǎo)軌、安裝在所述第四直線導(dǎo)軌上第三滑塊以及安裝在所述第三滑塊上的所述測量探針。
[0012]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述加熱塊以及所述冷卻塊夾持樣品的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱膠；所述導(dǎo)熱膠為硅膠。
[0013]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中，所述溫度探針與所述電勢探針采用粘膠粘接，且所述溫度探針與所述電勢探針之間的距離為Imm?5mm。
[0014]本發(fā)明的另一技術(shù)問題這樣解決，構(gòu)造一種使用上述測量裝置的熱電材料塞貝克系數(shù)測量方法，包括步驟:
[0015]分別調(diào)整加熱塊與冷卻塊在第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的相對位置，將樣品夾持在所述加熱塊與所述冷卻塊之間；
[0016]分別調(diào)整兩個(gè)測量探針在第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的相對位置，使兩個(gè)所述測量探針分別與所述樣品所需測試的表面接觸，且一個(gè)所述測量探針靠近所述加熱塊，另一個(gè)所述測量探針靠近所述冷卻塊；
[0017]對所述加熱塊進(jìn)行加熱，同時(shí)對所述冷卻塊進(jìn)行冷卻；控制所述加熱塊的溫度以使所述加熱塊與所述冷卻塊之間產(chǎn)生不同的溫差；
[0018]采集不同溫差時(shí)所述樣品產(chǎn)生的電勢，并通過計(jì)算機(jī)輸出測試結(jié)果。
[0019]在本發(fā)明所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量方法中，對所述加熱塊進(jìn)行加熱的方法進(jìn)一步包括:通過第一功率加熱器與第二功率加熱器依次對所述加熱塊進(jìn)行加熱時(shí)，所述第一功率加熱器設(shè)定的加熱功率大于所述第二功率加熱器設(shè)定的加熱功率。
[0020]實(shí)施本發(fā)明的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法，具有以下有益效果:根據(jù)樣品的大小，利用第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)加熱塊與冷卻塊的位置，使兩者夾持樣品合適的位置，利用第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)測量探針的位置，可簡便地對樣品合適的位置進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的測量；再者，依次采用第一功率加熱器、第二功率加熱器對加熱塊進(jìn)行加熱，能夠減少測量時(shí)間以及提高測量精度。本發(fā)明能夠?qū)﹂L度為0.5cm?5cm、寬度為0.5cm?5cm的任意形狀的塊體樣品以及鍍制在上述樣品上厚度在Inm以上的薄膜進(jìn)行塞貝克系數(shù)的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中的樣品固定平臺(tái)和探針固定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置中的測量探針的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是采用本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量方法的流程示意圖；
[0026]圖5是采用本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法對Bi塊體進(jìn)行測量得到的塞貝克系數(shù)測試曲線圖；
[0027]圖6是采用本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法對Bi薄膜進(jìn)行測量得到的塞貝克系數(shù)測試曲線圖；
[0028]圖7是采用本發(fā)明實(shí)施例提供的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法對薄膜溫差電池進(jìn)行測量得到的輸出電壓、電流曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0030]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其包括樣品固定平臺(tái)12、探針固定平臺(tái)13、水冷機(jī)U、溫度控制系統(tǒng)14、電學(xué)采集儀15、計(jì)算機(jī)16以及測量探針24。采用所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置對樣品進(jìn)行塞貝克系數(shù)測量時(shí)，首先由水冷機(jī)11設(shè)置水溫作為冷卻源，由溫度控制系統(tǒng)14作為加熱源使樣品兩端形成穩(wěn)定的溫差；然后探針固定平臺(tái)13上的測量探針24對樣品進(jìn)行溫度和Seebeck電勢測量；最后通過計(jì)算機(jī)16輸出測試結(jié)果。
[0031]樣品固定平臺(tái)12包括第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3、加熱塊27以及冷卻塊29。加熱塊27與冷卻塊29用于夾持樣品，使樣品兩端產(chǎn)生穩(wěn)定的溫差。第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3包括豎直導(dǎo)軌31、水平導(dǎo)軌32以及第一滑塊33。豎直導(dǎo)軌31設(shè)置有兩個(gè)。水平導(dǎo)軌32安裝在兩個(gè)豎直導(dǎo)軌31之間，并可沿著兩個(gè)豎直導(dǎo)軌31運(yùn)動(dòng)。第一滑塊33也設(shè)置有兩個(gè)，分別安裝在水平導(dǎo)軌32上，并可沿著水平導(dǎo)軌32上運(yùn)動(dòng)。加熱塊27與冷卻塊29分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)第一滑塊33上，從而可以使加熱塊27與冷卻塊29實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。當(dāng)樣品放置在加熱塊27與冷卻塊29之間時(shí)，可以分別移動(dòng)加熱塊27與冷卻塊29使其夾持樣品合適的位置。本實(shí)施例中，加熱塊27與冷卻塊29均為銅塊，銅塊具有良好的導(dǎo)熱性能。為了避免加熱塊
27、冷卻塊29與樣品直接接觸，加熱塊27以及冷卻塊29夾持樣品的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱膠28。導(dǎo)熱膠28為硅膠，其具有良好的導(dǎo)熱性能及絕緣性能等。
[0032]溫度控制系統(tǒng)14包括溫度控制器211、第一功率加熱器212以及第二功率加熱器213。第一功率加熱器212與第二功率加熱器213分別與加熱塊27連接，用于給加熱塊27加熱。溫度控制器211分別與第一功率加熱器212、第二功率加熱器213連接，用于控制第一功率加熱器212與第二功率加熱器213運(yùn)作。加熱塊27上安裝有第一溫度傳感器210，用于檢測加熱塊27的溫度。本實(shí)施例中，該第一溫度傳感器210采用熱電偶。第一溫度傳感器210與溫度控制器211連接，通過溫度控制器211可以顯示第一溫度傳感器210測量的加熱塊27的溫度。[0033]第一功率加熱器212用于對加熱塊27實(shí)現(xiàn)快速加熱，第二功率加熱器212用于對加熱塊27實(shí)現(xiàn)緩慢加熱。且第一功率加熱器212與第二功率加熱器213依次對加熱塊27進(jìn)行加熱時(shí)，第一功率加熱器212設(shè)定的加熱功率大于第二功率加熱器213設(shè)定的加熱功率。例如，在對樣品進(jìn)行測量的過程中，加熱塊27的預(yù)設(shè)加熱溫度為300°C時(shí)，即需要將加熱塊27加熱至300°C。首先啟動(dòng)第一功率加熱器212運(yùn)作，設(shè)定其加熱功率為100W，此時(shí)第一功率加熱器212的溫度加熱梯度大致為5°C /S?10°C /S，對加熱塊27加熱時(shí)，可以使加熱塊27的溫度快速上升。當(dāng)溫度控制器211中顯示加熱塊27的溫度達(dá)到略小于預(yù)設(shè)加熱溫度值時(shí)，如290°C，關(guān)閉第一功率加熱器212，同時(shí)啟動(dòng)第二功率加熱器212運(yùn)作，設(shè)定其加熱功率為小于50W的功率，此時(shí)第二功率加熱器212的溫度加熱梯度大致為2V /S?50C /S，對加熱塊27加熱時(shí)，可以使加熱塊27的溫度緩慢上升，最終使加熱塊27達(dá)到預(yù)設(shè)加熱溫度300°C。通過采用第一功率加熱器212對加熱塊27進(jìn)行快速加熱，以減少對加熱塊27的加熱時(shí)間，從而縮短對熱電材料進(jìn)行塞貝克系數(shù)測量的時(shí)間。通過采用第二功率加熱器212對加熱塊27進(jìn)行緩慢加熱，可以穩(wěn)定加熱塊27的溫度，以增加測試的精度?？梢岳斫獾氖牵鲜龅谝还β始訜崞?12和第二功率加熱器213設(shè)定的參數(shù)以及其工作的參數(shù)為示意性的。當(dāng)加熱塊27的預(yù)設(shè)加熱溫度不同時(shí)，可根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)測量需求改變第一功率加熱器212的加熱功率，第一功率加熱器212將加熱塊27加熱的溫度值也可以不同。同樣采用第二功率加熱器213對加熱塊27加熱時(shí)，亦可以改變第二功率加熱器213的加熱功率。
[0034]冷卻塊29為中空結(jié)構(gòu)，其設(shè)置有兩個(gè)出入水口。兩個(gè)出入水口分別與冷水機(jī)11的進(jìn)水口、出水口連接。當(dāng)啟動(dòng)冷水機(jī)11運(yùn)作時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)冷卻塊29的循環(huán)水冷。冷卻塊29上安裝有第二溫度傳感器(圖未示)，用于檢測冷卻塊29的溫度。本實(shí)施例中，該第二溫度傳感器亦采用熱電偶。第二溫度傳感器與溫度控制器211連接，通過溫度控制器211可以顯示第二溫度傳感器測量的冷卻塊29的溫度。
[0035]探針固定平臺(tái)13設(shè)置在樣品固定平臺(tái)12的一側(cè)，其用于固定測量探針24。探針固定平臺(tái)13包括第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2。測量探針24為兩個(gè)，其分別安裝在第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2上，并可實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2包括第一直線導(dǎo)軌21、第二直線導(dǎo)軌26以及第二滑塊22。第二直線導(dǎo)軌26設(shè)置有兩個(gè)，且分別安裝在第一直線導(dǎo)軌21上，并可沿著第一直線導(dǎo)軌21運(yùn)動(dòng)。相對應(yīng)地，第二滑塊22設(shè)置有兩個(gè)，分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)第二直線導(dǎo)軌26上，并可沿著第二直線導(dǎo)軌26運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)測量探針24分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)第二滑塊22上，從而可以通過控制兩個(gè)第二滑塊22分別帶動(dòng)兩個(gè)測量探針24實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)，使兩個(gè)測量探針24與樣品任意所需測試的位置接觸。本實(shí)施例中，為了使測量探針24安裝在第二滑塊22上，該測量探針24的尾端連接有探針臂25，探針臂25通過固定支架23安裝在第二滑塊22上，從而使測量探針24安裝在第二滑塊22上。
[0036]上述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3、第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2中還分別設(shè)置有移動(dòng)旋鈕以及固定旋鈕。操作移動(dòng)旋鈕可以實(shí)現(xiàn)加熱塊27、冷卻塊29、或測量探針24在相應(yīng)的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上移動(dòng)。當(dāng)擰緊固定旋鈕時(shí)，則可以防止加熱塊27、冷卻塊29、或測量探針24產(chǎn)生移動(dòng)。通過這樣的設(shè)計(jì)可以使樣品固定平臺(tái)12對長度為0.5cm?5cm、寬度為0.5cm?5cm的任意形狀的塊體樣品以及鍍制在上述樣品上厚度在Inm以上的薄膜樣品進(jìn)行固定，以及測量探針24對樣品進(jìn)行任意位置的塞貝克系數(shù)的測量。[0037]測量探針24的結(jié)構(gòu)示意圖請參閱圖3所示，其包括溫度探針31以及電勢探針32。溫度探針31采用K型熱電偶，其與溫度控制系統(tǒng)14連接。電勢探針32采用銅制金屬彈簧探針，其與電學(xué)采集儀15連接。溫度探針31與電勢探針32采用粘膠33粘接，粘膠33具有耐高溫，使用壽命長等特性，從而可以使溫度探針31與電勢探針32穩(wěn)固地粘接。溫度探針31與電勢探針32之間的距離為Imm~5mm。溫度探針31與電勢探針32之間的距離較短，以保證對樣品的同一位置進(jìn)行溫度和電勢的測量，以提高測量結(jié)果的精度。
[0038]為了便于測量薄膜溫差電池或者兩面分別鍍有熱電材料的具有PN結(jié)的薄膜材料或者器件的塞貝克系數(shù)，所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置還包括第三二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2'。第三二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2'包括第三直線導(dǎo)軌21'、第四直線導(dǎo)軌26'、第三滑塊22'以及測量探針24。第三直線導(dǎo)軌21'與第一直線導(dǎo)軌21的結(jié)構(gòu)相同，兩者相對水平導(dǎo)軌32對稱設(shè)置。第四直線導(dǎo)軌26'與第二直線導(dǎo)軌26的結(jié)構(gòu)相同，其安裝在第三直線導(dǎo)軌21'上，并可沿著第三直線導(dǎo)軌21 '運(yùn)動(dòng)。第三滑塊22'安裝在第四直線導(dǎo)軌26'上，并可沿著第四直線導(dǎo)軌26 '運(yùn)動(dòng)。測量探針24安裝在第三滑塊22 '上，并可實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，為了使測量探針24安裝在第三滑塊22 '上，該測量探針24的尾端連接有探針臂25'，探針臂25'通過固定支架23'安裝在第三滑塊22'上，從而使測量探針24安裝在第三滑塊22 ^上。當(dāng)需要對薄膜溫差電池或者兩面分別鍍有熱電材料的具有PN結(jié)的薄膜材料或者器件進(jìn)行塞貝克系數(shù)測量時(shí)，采用對立設(shè)置的兩個(gè)測量探針24分別對樣品的兩個(gè)表面進(jìn)行測量，即可簡便地實(shí)現(xiàn)塞貝克系數(shù)的測量。
[0039]采用上述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其測量方法流程示意圖請參閱圖4所示，包括步驟:
[0040]分別調(diào)整加熱塊27與冷卻塊29在第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3上的相對位置，將樣品夾持在加熱塊27與冷卻塊29之間。
[0041]分別調(diào)整兩個(gè)測量探針24在第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2上的相對位置，使兩個(gè)測量探針24分別與樣品的表面接觸，且一個(gè)測量探針24靠近加熱塊27，另一個(gè)測量探針24靠近冷卻塊29。
[0042]采用溫度控制系統(tǒng)14對加熱塊27進(jìn)行加熱，同時(shí)采用水冷機(jī)11對冷卻塊29進(jìn)行冷卻。溫度控制系統(tǒng)14控制加熱塊27的溫度以使加熱塊27與冷卻塊29之間產(chǎn)生不同
的溫差。
[0043]電學(xué)采集儀15采集不同溫差時(shí)樣品產(chǎn)生的電勢，并通過計(jì)算機(jī)16輸出測試結(jié)果。
[0044]分別調(diào)整加熱塊27、冷卻塊29以及兩個(gè)測量探針24的位置之后，采用溫度控制系統(tǒng)14對加熱塊27進(jìn)行加熱，同時(shí)水冷機(jī)11對冷卻塊29進(jìn)行冷卻，使加熱塊27與冷卻塊29之間產(chǎn)生一定的溫差。溫度控制系統(tǒng)14對加熱塊27進(jìn)行加熱時(shí)，根據(jù)樣品的特性設(shè)置所需測試的溫度，溫度設(shè)置完成后溫度控制器211控制第一功率加熱器212運(yùn)作，第一功率加熱器212對加熱塊27快速加熱。當(dāng)加熱塊27的溫度達(dá)到略小于所需測試的溫度時(shí)，關(guān)閉第一功率加熱器212運(yùn)作，并啟動(dòng)第二功率加熱器213運(yùn)作，第二功率加熱器213對加熱塊27緩慢加熱。通過第一功率加熱器212與第二功率加熱器213依次對加熱塊27進(jìn)行加熱時(shí)，第一功率加熱器212設(shè)定的加熱功率大于第二功率加熱器213設(shè)定的加熱功率。
[0045]當(dāng)加熱塊27達(dá)到設(shè)置的溫度時(shí)，溫度探針31探測樣品表面的溫度并反饋至溫度控制器211對加熱塊27的溫度進(jìn)行校準(zhǔn)，待樣品表面溫度穩(wěn)定后，利用測量探針24測量樣、品高溫端的表面溫度，且同時(shí)測量樣品低溫端的表面溫度。電學(xué)采集儀15通過測量探針24采集樣品產(chǎn)生的Seebeck電勢，并最終通過計(jì)算機(jī)16輸出測試結(jié)果。此后，調(diào)整加熱塊27的溫度，以改變樣品兩端的溫差，再進(jìn)行下一數(shù)據(jù)的測試。
[0046]上述樣品可以是長度為0.5cm?5cm、寬度為0.5cm?5cm的任意形狀的塊體或鍍制在上述樣品上厚度在Inm以上的薄膜。
[0047]采用上述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法，當(dāng)測試的樣品為鍍制有200nm厚度的Bi熱電薄膜的BK7玻璃時(shí)，玻璃大小為30mmX30mm，厚度為1.5mm。采用所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法測試得到的結(jié)果請參閱圖5所示。樣品為體材料的Bi時(shí)，其大小與上述鍍制有Bi熱電薄膜的BK7玻璃大小相同。采用所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法測試得到的結(jié)果請參閱圖6所示。由圖5、圖6所示的測量結(jié)果可知，樣品的溫差與Seebeck電勢呈現(xiàn)非常好的穩(wěn)定性，且獲得的Seebeck系數(shù)測量結(jié)果準(zhǔn)確。
[0048]采用上述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法，當(dāng)測試的樣品為具有雙面膜結(jié)構(gòu)的薄膜溫差電池時(shí)，采用所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置及方法測試得到的結(jié)果請參閱圖7所示。圖中測量的結(jié)果為樣品的開路電壓和短路電流隨樣品溫差的變化關(guān)系，由圖可知，其測量結(jié)果十分穩(wěn)定。
[0049]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，包括測量探針(24)、樣品固定平臺(tái)(12)、探針固定平臺(tái)(13)、溫度控制系統(tǒng)(14)、電學(xué)采集儀(15)、與所述電學(xué)采集儀(15)連接的計(jì)算機(jī)(16)以及水冷機(jī)(11);其中， 所述樣品固定平臺(tái)(12)包括第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)以及安裝在所述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)上的用于夾持樣品的加熱塊(27)與冷卻塊(29);所述加熱塊(27)與所述冷卻塊(29)可分別在所述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)上實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)；所述加熱塊(27)與所述溫度控制系統(tǒng)(14)連接，且所述加熱塊(27)上安裝有用于檢測其溫度的第一溫度傳感器(210);所述冷卻塊(29)與所述水冷機(jī)(11)連接，且所述冷卻塊(29)上安裝有用于檢測其溫度的第二溫度傳感器；所述第一溫度傳感器(210)與第二溫度傳感器分別與所述溫度控制系統(tǒng)(14)連接； 所述測量探針(24)為至少兩個(gè)，且每個(gè)所述測量探針(24)包括與所述溫度控制系統(tǒng)(14)連接的溫度探針(31)以及與所述電學(xué)采集儀(15)連接的電勢探針(32);所述探針固定平臺(tái)(13)包括第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2);兩個(gè)所述測量探針(24)分別安裝在所述第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2 )上，并可實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)(14)包括溫度控制器(211)以及與所述溫度控制器(211)連接的第一功率加熱器(212)與第二功率加熱器(213);所述第一功率加熱器(212)與所述第二功率加熱器(213)分別與所述加熱塊(27 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述第一功率加熱器(212)與所述第二功率加熱器(213)依次對所述加熱塊(27)進(jìn)行加熱時(shí)，所述第一功率加熱器(212)設(shè)定的加熱功率大于所述第二功率加熱器(213)設(shè)定的加熱功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)包括兩個(gè)豎直導(dǎo)軌(31)、安裝在兩個(gè)所述豎直導(dǎo)軌(31)之間的水平導(dǎo)軌(32)以及安裝在所述水平導(dǎo)軌(32)上的兩個(gè)第一滑塊(33);所述加熱塊(27)以及所述冷卻塊(29)分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)所述第一滑塊(33)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)包括第一直線導(dǎo)軌(21)、安裝在所述第一直線導(dǎo)軌(21)上的兩個(gè)第二直線導(dǎo)軌(26)以及分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)所述第二直線導(dǎo)軌(26)上的兩個(gè)第二滑塊(22);兩個(gè)所述測量探針(24)分別對應(yīng)安裝在兩個(gè)所述第二滑塊(22)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置還包括第三二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2 ');所述第三二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2 ')包括與所述第一直線導(dǎo)軌(21)相對所述水平導(dǎo)軌(32)對稱設(shè)置的第三直線導(dǎo)軌(21丨)、安裝在所述第三直線導(dǎo)軌(21 ')上的第四直線導(dǎo)軌(26 ')、安裝在所述第四直線導(dǎo)軌(26 ')上第三滑塊(22')以及安裝在所述第三滑塊(22 ')上的所述測量探針(24)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述加熱塊(27)以及所述冷卻塊(29)夾持樣品的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)熱膠(28);所述導(dǎo)熱膠(28)為硅膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述溫度探針(31)與所述電勢探針(32 )采用粘膠(33 )粘接，且所述溫度探針(31)與所述電勢探針(32 )之間的距離為Imm~5mm。
9.一種利用權(quán)利要求1所述測量裝置的熱電材料塞貝克系數(shù)測量方法，其特征在于，包括步驟: 分別調(diào)整加熱塊(27)與冷卻塊(29)在第一二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(3)上的相對位置，將樣品夾持在所述加熱塊(27)與所述冷卻塊(29)之間； 分別調(diào)整兩個(gè)測量探針(24)在第二二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(2)上的相對位置，使兩個(gè)所述測量探針(24)分別與所述樣品所需測試的表面接觸，且一個(gè)所述測量探針(24)靠近所述加熱塊(27 )，另一個(gè)所述測量探針(24 )靠近所述冷卻塊(29 ); 對所述加熱塊(27)進(jìn)行加熱，同時(shí)對所述冷卻塊(29)進(jìn)行冷卻；控制所述加熱塊(27)的溫度以使所述加熱塊(27)與所述冷卻塊(29)之間產(chǎn)生不同的溫差； 采集不同溫差時(shí)所述樣品產(chǎn)生的電勢，并通過計(jì)算機(jī)(16)輸出測試結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱電材料塞貝克系數(shù)測量方法，其特征在于，對所述加熱塊(27)進(jìn)行加熱的方法進(jìn)一步包括:通過第一功率加熱器(212)與第二功率加熱器(213)依次對所述加熱塊(27)進(jìn)行加熱時(shí)，所述第一功率加熱器(212)設(shè)定的加熱功率大于所述第二功率加熱器(213) 設(shè)定的加熱功率。
【文檔編號】G01N25/20GK103472087SQ201310084517
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】范平, 鄭壯豪, 梁廣興, 張東平, 羅景庭, 陳天寶, 陳郁芝 申請人:深圳市彩煌實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司