检测一维微纳米材料热电性能参数的设备及方法技术

本发明专利技术提出了检测一维微纳米材料热电性能参数的设备及方法。该检测设备包括：加热线，其两端分别与第一热沉、第二热沉相连；第一感应线，平行设置在加热线的下方，且两端分别与第三热沉、第四热沉相连；第二感应线，平行设置在第一感应线的下方，且两端分别与第五热沉、第六热沉相连；加热电源，与加热线相连并用于对加热线进行加热；第一电参数检测组件，与第一感应线相连且用于对第一感应线的电参数进行检测；以及第二电参数检测组件，与第二感应线相连且用于对第二感应线的电参数进行检测。本发明专利技术所提出的检测设备，可用于检测一维微纳米材料的热电性能参数，将接触热电阻引起的误差大大减小，提高测量的精度。

Device and method for detecting thermoelectric property parameters of one-dimensional micro nano material

The invention relates to an apparatus and a method for detecting thermoelectric properties of one-dimensional micro nano materials. The detection device comprises a heating wire, and both ends are respectively the first and second heat sink heat sink is connected; the first induction line, parallel arranged under the heating wire, and both ends are respectively connected with the third heat sink, fourth heat sink is connected; second induction lines, arranged in parallel under the first line of induction, and respectively with fifth the heat sink, sixth heat sink is connected; the heating power is connected with the heating wire for heating and heating wire; the first electric parameter detecting module is connected to the first line of induction and for electrical parameters on the first line of induction were detected; and second electrical parameter detecting module is connected with the second line for induction of electrical parameters on the second induction line detection. The detection device of the invention can be used for detecting the thermoelectric performance parameters of one-dimensional micro nano material, and greatly reducing the error caused by contact thermal resistance and improving the measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】
检测一维微纳米材料热电性能参数的设备及方法
本专利技术涉及微纳米材料测试
，具体的，本专利技术涉及检测一维微纳米材料热电性能参数的设备及方法。
技术介绍
近年来，随着环境污染和能源危机的日益严重，热电材料由于其独特的性能引起了广泛关注，并且在航天、微电子、光电子器件以及节能环保等诸多领域显示出广阔的应用前景，使得新型微纳米热电材料的合成、性能测试和理论研究得到快速发展。但是，由于热电材料的尺寸及各向异性等特殊特点，使得传统的可用于测试块体材料热电特性的方法往往不能用于测量该微纳米尺度材料的热电特性。因此，微纳米热电材料性能的测量和表征方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的：本专利技术人在研究过程中发现，热电优值系数Z是衡量热电材料综合性能的重要参数，其定义为：Z＝σ·S2/λ，其中S为塞贝克系数，σ和λ分别为材料的电导率和热导率。从优值系数表达式可以看出，塞贝克系数和电导率越大，热导率越小，材料的热电性能越好。其中，塞贝克系数具体表示为：S＝VS/△T，其中，VS为塞贝克电动势，△T是热电材料两端的温差。而现有的几种测量微纳米尺度热电性能的方法，其接触热阻对测量结果的影响难以被消除，从而会造成额外的测量误差。本专利技术的专利技术人经过深入研究发现，通过一种综合测量一维微纳米材料热导率、电导率和塞贝克系数的方法，可有效地减少接触热阻对测量结果的影响。该方法采用三根测试线分别作为加热线和感应线，将待测样品搭接在三根测试线上，通过给加热线通电加热从而在测试样品上形成高温端，则另外两根测试线作为感应线分别获取待测样品不同搭接点处的稳态温升。进一步，还可测量感应线与待测样品的两个搭接点间的直流塞贝克电压，进而获得待测样品的热导率和塞贝克系数；并利用搭接形成的四线结构(呈王字形)可得到待测样品的电导率，进而综合表征材料的热电性能。有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提出一种有效降低接触热阻影响、装置简单、易于测量或测试成本低的检测一维微纳米材料热电性能参数的手段。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种用于检测一维微纳米材料热电性能参数的设备。根据本专利技术的实施例，所述设备包括：加热线，所述加热线的第一端与第一热沉相连，所述加热线的第二端与第二热沉相连；第一感应线，所述第一感应线与所述加热线的两端齐平，并且所述第一感应线平行设置在所述加热线的下方，并且所述第一感应线的第一端与第三热沉相连，所述第一感应线的第二端与第四热沉相连；第二感应线，所述第二感应线与所述第一感应线的两端齐平，并且所述第二感应线平行设置在所述第一感应线的下方，并且所述第二感应线的第一端与第五热沉相连，所述第二感应线的第二端与第六热沉相连；加热电源，所述加热电源与所述加热线相连，用于对所述加热线进行加热；第一电参数检测组件，所述第一电参数检测组件与所述第一感应线相连，用于对所述第一感应线的电参数进行检测；以及第二电参数检测组件，所述第二电参数检测组件与所述第二感应线相连，用于对所述第二感应线的电参数进行检测。专利技术人意外地发现，采用本专利技术实施例的检测设备，可以有效用于一维微纳米材料的热电性能参数进行检测，可将加热端和测试端分离，从而将接触热电阻引起的误差大大减小，提高测量的精度；并且在进行一次样品搭接的基础上，通过改变测量电路可顺序获得待测样品的多种热电性能参数，即可对待测样品的热电性能进行综合表征，具有很高的集成度。另外，根据本专利技术上述实施例的检测设备，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述设备进一步包括：第一搭接点，所述第一搭接点设置在所述加热线上；第二搭接点，所述第二搭接点设置在所述第一感应线上；以及第三搭接点，所述第三搭接点设置在所述第二感应线上。根据本专利技术的实施例，所述设备进一步包括：第三电参数检测组件，所述第三电参数检测组件用于检测所述第二搭接点与所述第三搭接点之间的电参数。根据本专利技术的实施例，所述加热线、所述第一感应线和所述第二感应线的至少之一是由铂形成的。根据本专利技术的实施例，所述第一电参数检测组件包括：第一电源；第一电阻，所述第一电阻、所述第一电源和所述第一感应线串联构成电回路；第一电压表，所述第一电压表与所述第一电阻并联；以及第二电压表，所述第二电压表与所述第一感应线并联。根据本专利技术的实施例，所述第二电参数检测组件包括：第二电源；第二电阻，所述第二电阻、所述第二电源和所述第二感应线串联构成电回路；第三电压表，所述第三电压表与所述第二电阻并联；以及第四电压表，所述第四电压表与所述第二感应线并联。根据本专利技术的实施例，所述第三电参数检测组件包括：第三电源；第三电阻，所述第三电阻所述第二电源和待测样品位于所述第二搭接点与所述第三搭接点之间的下段构成电回路；第五电压表，所述第五电压表与所述第三电阻并联；以及第六电压表，所述第六电压表与所述待测样品的下段并联。根据本专利技术的实施例，所述设备进一步包括：计算组件，所述计算组件分别与所述第一电参数检测组件、第二电参数检测组件和第三电参数检测组件相连，用于确定所述待测样品的热电性能参数。根据本专利技术的实施例，所述待测样品的热电性能参数包括热导率、塞贝克系数和电导率的至少之一；其中，所述热导率是基于下列公式确定的：λ＝λ3A3l3l42R02βT2ΔR3/A4l31l32(ΔR2R03βT3-ΔR3R02βT2)，其中，λ3是所述第二感应线的热导率，A3是所述第二感应线的横截面积，l3是所述第二感应线的长度，l42是所述待测样品的下段的长度，△R3是启动所述加热电源后所述第二感应线的电阻变化，A4是所述待测样品的横截面积，l31是所述第二感应线的所述第一端与所述第三搭接点之间的长度，l32是所述第二感应线的所述第二端与所述第三搭接点之间的长度，△R2是启动所述加热电源后所述第一感应线的电阻变化，R03是所述第二感应线在0℃温度下的电阻，βT3是所述第二感应线在环境温度T时的电阻温度系数，△R3是启动所述加热电源后所述第二感应线的电阻变化，R02是所述第一感应线在0℃温度下的电阻，βT2是所述第一感应线在环境温度T时的电阻温度系数；所述塞贝克系数是基于下列公式确定的：S＝VSR02βT2R03βT3/(ΔR2R03βT3-ΔR3R02βT2)+Ss，其中，VS是所述待测样品的下段、所述第一感应线的第二搭接点与第二端之间和所述第二感应线的第三搭接点与第二端之间的直流塞贝克电势，R02是所述第一感应线在0℃温度下的电阻，βT2是所述第一感应线在环境温度T时的电阻温度系数，R03是所述第二感应线在0℃温度下的电阻，βT3是所述第二感应线在环境温度T时的电阻温度系数，△R2是启动所述加热电源后所述第一感应线的电阻变化，△R3是启动所述加热电源后所述第二感应线的电阻变化，Ss是感应线材料在环境温度T时的塞贝克系数；所述电导率是基于下列公式确定的：σ＝l42/R42A4，其中，l42是所述待测样品的下段的长度，R42是所述待测样品的下段的电阻，A4是所述待测样品的横截面积。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种利用上述设备检测一维微纳米材料热电性能参数的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)将待测样品搭接在所述第一搭接点、第二搭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测一维微纳米材料热电性能参数的设备，其特征在于，包括：加热线，所述加热线的第一端与第一热沉相连，所述加热线的第二端与第二热沉相连；第一感应线，所述第一感应线与所述加热线的两端齐平，并且所述第一感应线平行设置在所述加热线的下方，并且所述第一感应线的第一端与第三热沉相连，所述第一感应线的第二端与第四热沉相连；第二感应线，所述第二感应线与所述第一感应线的两端齐平，并且所述第二感应线平行设置在所述第一感应线的下方，并且所述第二感应线的第一端与第五热沉相连，所述第二感应线的第二端与第六热沉相连；加热电源，所述加热电源与所述加热线相连，用于对所述加热线进行加热；第一电参数检测组件，所述第一电参数检测组件与所述第一感应线相连，用于对所述第一感应线的电参数进行检测；以及第二电参数检测组件，所述第二电参数检测组件与所述第二感应线相连，用于对所述第二感应线的电参数进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测一维微纳米材料热电性能参数的设备，其特征在于，包括：加热线，所述加热线的第一端与第一热沉相连，所述加热线的第二端与第二热沉相连；第一感应线，所述第一感应线与所述加热线的两端齐平，并且所述第一感应线平行设置在所述加热线的下方，并且所述第一感应线的第一端与第三热沉相连，所述第一感应线的第二端与第四热沉相连；第二感应线，所述第二感应线与所述第一感应线的两端齐平，并且所述第二感应线平行设置在所述第一感应线的下方，并且所述第二感应线的第一端与第五热沉相连，所述第二感应线的第二端与第六热沉相连；加热电源，所述加热电源与所述加热线相连，用于对所述加热线进行加热；第一电参数检测组件，所述第一电参数检测组件与所述第一感应线相连，用于对所述第一感应线的电参数进行检测；以及第二电参数检测组件，所述第二电参数检测组件与所述第二感应线相连，用于对所述第二感应线的电参数进行检测。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：第一搭接点，所述第一搭接点设置在所述加热线上；第二搭接点，所述第二搭接点设置在所述第一感应线上；以及第三搭接点，所述第三搭接点设置在所述第二感应线上。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包括：第三电参数检测组件，所述第三电参数检测组件用于检测所述第二搭接点与所述第三搭接点之间的电参数。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述加热线、所述第一感应线和所述第二感应线的至少之一是由铂形成的。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一电参数检测组件包括：第一电源；第一电阻，所述第一电阻、所述第一电源和所述第一感应线串联构成电回路；第一电压表，所述第一电压表与所述第一电阻并联；以及第二电压表，所述第二电压表与所述第一感应线并联。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第二电参数检测组件包括：第二电源；第二电阻，所述第二电阻、所述第二电源和所述第二感应线串联构成电回路；第三电压表，所述第三电压表与所述第二电阻并联；以及第四电压表，所述第四电压表与所述第二感应线并联。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第三电参数检测组件包括：第三电源；第三电阻，所述第三电阻、所述第二电源和待测样品位于所述第二搭接点与所述第三搭接点之间的下段构成电回路；第五电压表，所述第五电压表与所述第三电阻并联；以及第六电压表，所述第六电压表与所述待测样品的下段并联。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，进一步包括：计算组件，所述计算组件分别与所述第一电参数检测组件、第二电参数检测组件和第三电参数检测组件相连，用于确定所述待测样品的热电性能参数。9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述待测样品的热电性能参数包括热导率、塞贝克系数和电导率的至少之一；其中，所述热导率是基于下列公式确定的：λ＝λ3A3l3l42R02βT2ΔR3/A4l31l32(ΔR2R03βT3-ΔR3R02βT2)，其中，λ3是所述第二感应线的热导率，A3是所述第二感应线的横截面积，l3是所述第二感应线的长度，l42是所述待测样品的下段的长度，△R3是启动所述加热电源后所述第二感应线的电阻变化，A4是所述待测样品的横截面积，l31是所述第二感应线的所述第一端与所述第三搭接点之间的长度，l32是所述第二感应线的所述第二端与所述第三搭接点之间的长度，△R2是启动所述加热电源后所述第一感应线的电阻变化，R03是所述第二感应线在0℃温度下的电阻，βT3是所述第二感...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，石少义，马维刚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11