[发明专利]薄膜热电材料热导率测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域中热电材料性能测试技术，特别涉及一种薄膜热电材料热导率测试系统及方法。

背景技术

随着微纳米技术、微机电系统(MEMS)、超大规模集成电路技术的快速发展，对微纳米尺寸材料的研究及其应用日益受到重视。热电材料是一种能实现热能与电能之间相互转换的功能材料，在温差发电、温差电制冷以及传感器等方面有着广泛应用。热电材料的热电转换效应(亦称赛贝克效应)可用下式表示：

E＝α(T₁-T₂)

式中T₁和T₂是热电材料两端的温度，且T₁＞T₂，α为赛贝克系数，E为热电材料在温差为(T₁-T₂)条件下产生的赛贝克电动势。热电材料两端的温差(T₁-T₂)越大，产生的赛贝克电动势也越大。为了获得高的赛贝克电动势，要求热电材料具有低的热导率。因此，热导率是热电材料的一项重要性能指标。热导率的定义如下：当温度垂直梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。在一般情况下，则有：

dE/dt＝-κ·A·dT/dl    (1)

(1)式中E是在时间t内所传递的热量，A为材料的截面积，l为长度，T为温度，κ为热导率。传统的热电材料通常采用冶金的方法或者粉末烧结的方法制造。这类方法制造的块体热电材料，采用激光热导率测试仪可以方便地测出热电材料的热导率。但对于厚度在微米甚至纳米尺度的热电材料，激光热导率测试仪已经不能用于测试其热导率。目前，国内外尚无商品化的用于薄膜热电材料热导率测试的仪器。本发明的薄膜热电材料热导率测试系统及方法，可以快速准确地测量薄膜热电材料的热导率，解决了目前薄膜热电材料热导率无法测量的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于测试薄膜热电材料热导率的测试系统及方法，能够实现对薄膜热电材料热导率(厚度在微米甚至纳米尺度的热电材料)的精确测定。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种用于测试薄膜热电材料热导率的测试系统，由真空体系、测试卡具和控制及测试电路体系三部分构成。待测薄膜热电材料试样放置在测试卡具内，测试过程中测试卡具内部处于密闭的真空环境中。控制及测试电路体系用于调控流经加热块上的电流，实现薄膜热电材料测试过程热流量的控制以及测试数据的采集，并将测试数据传输至微型计算机，通过微型计算机实现对整个测试系统测试过程的控制、测试数据的处理以及测试数据和计算结果在计算机显示器上的实时显示。该系统可以实现对薄膜热电材料热导率的精确测定。具体结构描述如下：

真空体系(如附图5、附图6所示)由压力表20、接压力表三通21、热偶真空计22、接热偶真空计三通23、真空泵三通24、放气阀25、接放气阀三通26、手动真空阀27、真空泵接口28、真空泵29、三通密封盖30、密封卡箍8和密封胶圈9组成。其特征是，启动真空泵29，打开手动真空阀27后，测试系统的测试卡具内逐渐形成真空环境，测试卡具内的真空环境可以最大限度地减少因待测试样4的测试表面以及加热块7表面的热辐射造成的热量损失。