[发明专利]一种高阻值材料的塞贝克系数的测试芯片

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料的塞贝克系数的测量技术领域，特别涉及一种高阻值热电材料的塞贝克系数的测试芯片。

背景技术

热电材料具有尺寸小、质量轻、无机械部分、无噪声等普通机械制冷或发电手段难以媲美的优点。热电材料的表征是无量纲优值系数ZT＝S²σ/κ，其中，S为塞贝克系数(Seebeck系数)，σ为电导率，κ为热导率。它的直观意义是制冷吸收能量与耗能之比。一种优良的热电材料应该具有大的塞贝克系数，大的电导率和小的热导率。

有机导体或者半导体热电材料是一种非常有前途的热电材料。某些有机材料具有非常大的塞贝克系数(＞1mV/K)，同时它的热导率又比较小。然而，目前为止，对于有机热电材料的塞贝克系数的精确测量仍然是一个非常困难的问题，原因在于有机热电材料的电阻率往往非常高，达到10¹³Ω/cm，如果将其制作成为薄膜样品，其电阻将达到10¹⁴Ω/cm。尽管最终要成为实用化的热电材料，可以通过掺杂等方式将电导率升高，但是能够精确测量纯的有机热电材料的热电特性是开展这一材料研究的关键。目前尚无商品化的仪器能够开展这种高电阻率有机热电材料的特性。

通常在一个长方形玻璃基底上，制备出热电有机薄膜。一个由液氮冷却的恒温台为玻璃基底提供一个恒定的温度，在玻璃基底的一端具有一个加热器，为玻璃基底加热，从而在玻璃基底的两端形成温差。在玻璃基底的两端镀有金电极，金电极上引出电压测量和温度测量引线，由差分放大电路对Seebeck电压和温差进行测量，从而计算出材料的塞贝克系数。

上述系统存在以下问题：1)该系统的Seebeck电压测量方案没有对被测样品进行电压保护，导致对高阻样品进行测试时，需要很长的时间(＞60分钟)才能达到电压的稳定；2)系统中的加热器件和温度传感器的均采用分立的电缆线进行连接，容易造成线缆之间的互相干扰，影响测量结果。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高阻值材料的塞贝克系数的测试芯片。待测的高电阻值样品两端安装在两个样品固定装置间，实现良好的欧姆接触。芯片安装在塞贝克系数测试系统中，由温控装置将芯片加热到设定的测试温度。温差加热电阻按照设定的流程工作，在待测样品两端形成一定的温度梯度，高输入阻抗电压信号检测仪器采集在待测样品两端的塞贝克电压，同时，温度传感器测量待测样品两端的温度，根据测量得到的塞贝克电压信号和温差数据，可以求出被测材料的塞贝克系数。

本发明所提出的该测试芯片包括：芯片基底101、两个温差加热电阻102、两个样品固定装置104、两个温度传感器109，其中：

所述芯片基底101用于为待测样品提供测试所需的温度环境和高度绝缘的环境；

所述两个温差加热电阻102通过焊接的方式对称的安装在所述芯片基底101的左右两端，用于为待测样品108的两端提供测试所需的温度梯度；

待测样品108放置于所述芯片基底101的中间，在所述待测样品108的左右两端，分别安装有两个样品固定装置104，用于将待测样品108固定在芯片基底101上，以形成良好的欧姆接触；

所述样品固定装置104通过焊接的方式固定于所述待测样品108的两端；

所述两个样品固定装置104的顶端中部设有彼此相向的凸出，该凸出处于所述待测样品108的上部空间；每个凸出内部垂直设有螺纹孔105，使得螺钉可以从螺纹孔105中旋进，由上而下的将待测样品108压紧在所述芯片基底101上，从而形成良好的欧姆和导热接触；在所述螺纹孔105外侧的样品固定装置104主体上，垂直设有温度传感器安装孔103，使得温度传感器109能够插入其中，接近待测样品108的两端，用来测试待测样品108两端的温度；

所述温差加热电阻、温度传感器和待测样品通过电路连线进行电气连接；所述电路连线的接口通过焊接方式固定在所述芯片基底101上；

所述芯片基底101的中间部位开设有方形或长方形的槽107，使得所述芯片基底101的上下两端各形成一细梁；

所述芯片基底101的四周开设有四个定位孔106，以方便的固定所述测试芯片。

以上所述的测试芯片，通过安装在如专利CN201210213904.3所述的塞贝克系数测试系统中，经温度控制系统控制待测样品的测试温度，并在待测样品两端形成温差ΔT，由信号采集和处理系统采集塞贝克电压，按照以下公式可以计算出塞贝克系数：

S＝ΔV/ΔT