[发明专利]热电输运参数高通量测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种热电输运参数高通量测量系统及方法，该系统包括：三维平台，具有放置待测样品的X‑Y两轴移动平台，以及安装有四探针组件的Z轴移动平台，四探针组件用于测量待测样品的待测区域的电导率和塞贝克系数；热反射测量装置，用于将脉冲激光分为具有预设光程差的第一激光束和第二激光束，第一激光束用于加热待测样品的待测区域，第二激光束用于测量待测样品的待测区域热导率；第一激光束同时作为四探针组测量塞贝克系数的热源。结合高精度X‑Y两轴移动平台，可以实现大尺寸样品的热导率的高通量测量，第一激光束作为四探针组测量塞贝克系数的热源可以巧妙的提高塞贝克系数的测量效率，进而能够实现电导率、塞贝克系数以及热导率等热电输运参数的高通量测量。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，具体涉及到一种热电输运参数高通量测量系统及方法。

背景技术

对于热电材料大规模应用来说，发现和寻找新材料、优化现有材料的性能是其关键所在。而合成新材料或者提高现有材料性能，采用传统的一次设计、制备单一组成成分的样品，然后进行组成成分和结构的分析、表征以及热电输运参数测量的方式显然非常耗时、耗力，极大地增加了研发周期和研发成本。因此，热电材料传统的制备、测量方法和技术已经无法满足其发展的需求。

针对上述需求，首先在材料制备上，基于组合材料学的制备方法是目前主流的高通量制备热电材料的方法，可用于在复杂的多成分体系中，系统地研究热电材料的特性。基于组合材料学的制备方法制备的样品已经完全不同于传统方法制备的样品，传统方法制备的样品通常为一个样品中往往包含单一体系成分以及单一结构。而基于上述方法制备的样品通常具有尺寸大，例如，一个基板上包含数千个、甚至更多的样品，特别是上述方法制作的样品为微区成分渐变材料的样品，即样品中成分渐变区域往往为微米甚至为亚微米量级。鉴于上述微区成分渐变的材料制作的大尺寸样品，为了提高材料性能优化设计效率，缩小筛选最优性能材料的周期，需要与之相适应的微区多参数高通量测量方法和技术，由此构成完整的热电新材料的研发链条。热电材料的热电输运参数主要是电导率、塞贝克系数和热导率。它们不仅能表征材料的热电输运特性，而且能间接反应材料内部的载流子浓度和迁移率的高低。同时由这三个参数计算的热电优值，即ZT值是评价热电材料性能重要指标。

然而，现有技术中对热电输运参数的测量设备难以实现对微区成分渐变材料的大尺寸样品高通量测量，例如电导率和塞贝克系数的测量，通常是基于静态测量法进行测量，具体的，将大尺寸的待测样品切割成预设尺寸的试样，采用四探针组件对预设尺寸的试样进行测量。该测量由于只能针对预设尺寸的试样进行测量，如果采样上述测量方法对在微米甚至亚微米尺寸区域成分渐变的材料进行电导率和塞贝克系数的测量会导致测量效率低下，测量结构误差较大。

材料热导率测量方法和技术较多，比如：激光闪射、红外热辐射、扫描热显微术等方法。其中激光闪射法已成为测量热导率的一种国际标准方法，然而，激光闪射法测量时需要试样有特定的几何形状，同时需要对样品进行喷石墨处理，对于微区成分渐变材料的测量，误差较大。

因此对微区成分渐变的材料制成的大尺寸样品的热电输运参数的测量难以实现高通量测量，难以构成完整的热电新材料的研发链条。

发明内容

本发明主要的目的实现热电材料的热电输运参数的高通量测量。

为此，根据第一方面，本发明提供了一种热电输运参数高通量测量系统，热电输运参数包括：电导率、塞贝克系数以及热导率，该系统包括：三维平台，具有放置待测样品的X-Y两轴移动平台，以及安装有四探针组件的Z轴移动平台，四探针组件用于测量待测样品的待测区域的电导率和塞贝克系数；热反射测量装置，用于接收脉冲激光，并将脉冲激光分为具有预设光程差的第一激光束和第二激光束，第一激光束用于加热待测样品的待测区域，第二激光束用于测量待测样品的待测区域热导率；第一激光束同时作为四探针组测量塞贝克系数的热源。

可选地，第二激光束用于测量待测区域的热反射率和热反射率变化率。