【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于薄膜热学传感器件，涉及一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶及其制备方法。
技术介绍
1、在高温测量领域，热电偶作为一种广泛应用的温度测量传感器，扮演着至关重要的角色。尤其在工业高温环境中，热电偶凭借其可靠性和稳定性，成为了不可或缺的工具。近年来，随着工业技术的不断进步和应用需求的日益增长，薄膜热电偶作为一种新型的传感方式应运而生。这种传感器具有体积小、响应速度快、易于集成等显著优点，非常适合集成于各种工业装备和工艺流程中。因此，在航空航天、钢铁冶金、能源化工等高科技和重工业领域，薄膜热电偶的市场需求巨大，其应用前景也十分广阔。
2、传统的高温热电偶材料主要依赖于贵金属，如铂(pt)、铑(rh)、钨(w)、铼(re)等。这些材料在高温下表现出良好的化学性质稳定性，是长期以来的主流选择。然而，贵金属材料的应用也带来了一系列问题，如成本高、测温范围受限、热电输出小以及易受催化影响等。这些问题在工业应用中尤为突出，无法满足对高温测量精度、可靠性和经济性的高要求。因此，开发新型的高温测量材料和技术成为了当务之急。
3、为了克服传统热电偶材料的局限性，研究人员不断探索和开发新型的耐高温氧化物薄膜热电偶。这类热电偶有望实现高温测量中的高准确性和长寿命，从而满足工业应用的严苛要求。目前，已有研究表明，n型半导体氧化物氧化铟锡(ito)在1500℃的空气环境中展现出了良好的化学和电气稳定性，这使得它成为一种理想的高温氧化物热电偶材料。然而，要实现耐高温氧化物薄膜热电偶的广泛应用，仍然面临着诸多技术挑战。其中，最
4、在此背景下，本申请提出了一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，通过精确调控特定元素在固溶体中的含量，制备出具有优异耐高温性能的p型半导体氧化物材料，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶及其制备方法，该薄膜热电偶具有低成本、高输出、长寿命的特点，可应用于1500℃以下的高温测量环境，以解决现有贵金属薄膜热电偶成本高、测温范围受限、热电输出小以及易受催化影响等问题。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，包括基底和布置在所述基底上的n型氧化物电极元件以及p型氧化物电极元件，其特征在于：所述n型氧化物电极元件的材料为氧化铟锡，所述p型氧化物电极元件的材料为钐、钙和钴氧化物固溶体。
4、进一步地，所述n型氧化物电极元件和p型氧化物电极元件的端部交错相连以形成交错点，并在所述n型氧化物电极元件和p型氧化物电极元件的另一端分别覆盖有金属引脚。
5、进一步地，所述金属引脚为耐温金属。
6、进一步地，所述耐温金属包括铂和金。
7、进一步地，所述基底的采矿为耐高温电绝缘基材。
8、进一步地，所述耐高温电绝缘基材包括蓝宝石、石英以及陶瓷。
9、进一步地，所述氧化铟锡中氧化铟与氧化锡的质量比≥9:1。
10、进一步地，所述钐、钙和钴氧化物固溶体中原子比关系为钴占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的1/3；所述钐和钙占2/3，其中所述钙占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的4/15～1/3、其余为钐，且氧的含量不超过钴的4倍。
11、进一步地，所述钐、钙和钴氧化物固溶体中原子比关系为钴占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的2/5；所述钐和钙占3/5，其中所述钐占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的23/50～12/25、其余为钙，且氧的含量不超过钴的3倍。
12、另一方面，本专利技术还提供一种用于制备所述的耐温1500℃的氧化物薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
13、s1.使用耐高温电绝缘基材制备氧化物薄膜热电偶的基底；
14、s2.使用氧化铟锡作为靶材进行磁控溅射，在基底上进行图形化，形成n型氧化物电极元件；
15、s3.使用钐、钙和钴氧化物固溶体作为靶材进行磁控溅射，在基底上进行图形化，形成p型氧化物电极元件，并使得n型氧化物电极元件和p型氧化物电极元件的端部交错相连，以形成交错点；
16、s4.使用耐温金属作为靶材进行磁控溅射，在基底上进行图形化，以在所述n型氧化物电极元件和p型氧化物电极元件的另一端分别形成金属引脚。
17、进一步地，所述钐、钙和钴氧化物固溶体通过溶胶-凝胶法制备，制备方法包括如下步骤：
18、步骤1.按设定原子比关系称量氧化钐、碳酸钙和钴，并将称量得到的氧化钐、碳酸钙和钴溶解到硝酸中得到混合溶液，然后将甘油加入到混合溶液中，形成凝胶；
19、步骤2.将凝胶进行干燥，形成粉末，并在大气环境中以700～1000℃煅烧10小时；
20、步骤3.在大气环境中，将步骤2中的煅烧产物在1000℃～1500℃下退火100～150小时，并进行3-5分钟的快速冷却，形成钐、钙和钴氧化物固溶体；
21、步骤4.研磨钐、钙和钴氧化物固溶体并压制成块，在大气环境1500℃条件下烧结15小时，以制成钐、钙和钴氧化物固溶体靶材。
22、本专利技术的有益效果在于：
23、本专利技术提供的一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶使用蓝宝石、石英、陶瓷等材料作为耐高温电绝缘基底，氧化铟锡和钐、钙和钴的氧化物固溶体分别作为薄膜热电偶的两个电极元件，选择铂、金等耐温金属作为金属引脚，并通过精确调控钐、钙和钴等元素在氧化物固溶体中的含量，制备出具有优异耐高温性能的p型半导体氧化物材料，结合n型半导体氧化物氧化铟锡，以此来实现新型耐高温氧化物薄膜热电偶的制备。经测试，本申请中所制备的耐温1500℃的氧化物薄膜热电偶的耐温温度至1500℃，并且在1500℃的工况下的热电输出约200mv，使用寿命超过10个月。
24、与现有贵金属薄膜热电偶相比，本专利技术的一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，具有低成本、高输出、长寿命的特点，能很好满足1500℃及以下高温环境的温度测量需求，有广阔的应用场景。该技术的提出将有助于推动高温测量技术的发展，为航空航天、钢铁冶金、能源化工等领域提供更为高效、可靠的测量手段。
25、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，包括基底和布置在所述基底上的N型氧化物电极元件以及P型氧化物电极元件，其特征在于：所述N型氧化物电极元件的材料为氧化铟锡，所述P型氧化物电极元件的材料为钐、钙和钴氧化物固溶体。
2.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述N型氧化物电极元件和P型氧化物电极元件的端部交错相连以形成交错点，并在所述N型氧化物电极元件和P型氧化物电极元件的另一端分别覆盖有金属引脚。
3.根据权利要求2所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述金属引脚为耐温金属。
4.根据权利要求3所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述耐温金属包括铂和金。
5.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述基底材料为耐高温电绝缘基材。
6.根据权利要求5所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述耐高温电绝缘基材包括蓝宝石、石英以及陶瓷。
7.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述氧化铟锡中氧
8.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述钐、钙和钴氧化物固溶体中原子比关系为钴占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的1/3；所述钐和钙占2/3，其中所述钙占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的4/15～1/3、其余为钐，且氧的含量不超过钴的4倍。
9.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述钐、钙和钴氧化物固溶体中原子比关系为钴占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的2/5；所述钐和钙占3/5，其中所述钐占钐、钙和钴氧化物固溶体中金属元素的23/50～12/25、其余为钙，且氧的含量不超过钴的3倍。
10.一种用于制备权利要求8或9中所述的耐温1500℃的氧化物薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述钐、钙和钴氧化物固溶体通过溶胶-凝胶法制备，制备方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，包括基底和布置在所述基底上的n型氧化物电极元件以及p型氧化物电极元件，其特征在于：所述n型氧化物电极元件的材料为氧化铟锡，所述p型氧化物电极元件的材料为钐、钙和钴氧化物固溶体。
2.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述n型氧化物电极元件和p型氧化物电极元件的端部交错相连以形成交错点，并在所述n型氧化物电极元件和p型氧化物电极元件的另一端分别覆盖有金属引脚。
3.根据权利要求2所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述金属引脚为耐温金属。
4.根据权利要求3所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述耐温金属包括铂和金。
5.根据权利要求1所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述基底材料为耐高温电绝缘基材。
6.根据权利要求5所述的耐1500℃的氧化物薄膜热电偶，其特征在于：所述耐高温电绝缘基材包括蓝宝石、石英以及陶瓷。
7.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭庆，邓惠丹，李秀玲，杨玉，张建波，段青松，陈南菲，漆锐，冯科，余海涛，
申请(专利权)人：中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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