表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置和方法。測量裝置包括：容納于控溫爐中的正負(fù)電極，待測樣品固定在所述正負(fù)電極之間；與所述正負(fù)電極串聯(lián)連接的電源和電流表；與所述待測樣品上的熱電偶并聯(lián)連接的電壓表；與所述電源、電流表及電壓表相連以采集電壓、電流和溫度信號的多通道數(shù)據(jù)采集器；以及與所述多通道數(shù)據(jù)采集器相連并基于所述多通道數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)獲得所述待測樣品的電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)的計算機。
【專利說明】
表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置和方法，屬于熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電材料是一種能夠?qū)U熱直接轉(zhuǎn)換成可利用的電能，并且在無污染物排放的同時可將電能用于制冷的一種新型無污染的穩(wěn)定能源轉(zhuǎn)換材料。用熱電材料制造成的器件通常是全固態(tài)裝置，使用壽命長，可靠性能高，環(huán)境友好、使用溫度范圍廣、無噪聲、能夠有效地利用低密度能量等特點。但是較低的能量轉(zhuǎn)換效率卻制約了其實際應(yīng)用的發(fā)展。
[0003]近年來，隨著“電子晶體-聲子玻璃”理論的提出(Slack G A.CRC Handbook ofThermoelectrics,Ro^e D M, ed.Boca Taton, FL: CRC Press, 1995)，掀起了高性能Cu基熱電材料研究的熱潮。一系列Cu基材料相繼被報道，如CuInTe2、CuGaTe2、CUl2SbS13、Cu2—xS、Cu2-xSe等都表現(xiàn)出優(yōu)異的熱電性能UcV.Mater.2012，24，3622-3626 ; A^a1.Mater.2012， 11， 422-425; Nano Energy 2015, 13， 36-46; Chem.Mater.2015， 27， 408-413; Adv.Mater.2014， 26， 3974-3978.)。
[0004]但目前制約例如Cu基熱電材料等熱電材料大規(guī)模應(yīng)用的一個主要因素為大電流作用下的Cu 離子遷移行為(/.Electron Materials 2013，42，2014EnergyMa terials 2014，1301581)。早在上個世紀(jì)60年代，美國3M公司和NASA噴氣動力實驗室曾提出利用Cu2-mSe基熱電器件取代傳統(tǒng)SiGe材料為深空探測衛(wèi)星提供電源，但經(jīng)歷長達二十年的研究發(fā)現(xiàn)材料中存在Cu離子在大電流下迀移的問題，最終導(dǎo)致該計劃被迫終止(Thermoelectric generator testing and RTG degradat1n mechanisms evaluat1n.Progress report N0.SAN-0959-T2, DO1: 10.2172/5531078)0
[0005]最近，Brown等人(/.Elect.Mater.2013, 42，2014)和Dennler等人(doVa/Jcec/Energy Materials 2014, 1301581)也分別在C112—xSe和C112—XS中觀察到大電流后在電流流出端即出現(xiàn)明顯的Cu單質(zhì)富集的現(xiàn)象。
[0006]從熱電器件實際應(yīng)用方面考慮，這種Cu離子迀移行為對銅基材料熱電器件的長期服役穩(wěn)定性極為不利。圖1是熱電器件在大電流作用下引起Cu離子迀移的示意圖；其中，無電流通過時，材料中Cu離子分布均勻，有電流通過時，Cu離子發(fā)生迀移并富集。
[0007]如圖1所示，熱電器件在溫差下產(chǎn)生的電流會驅(qū)動熱電材料中的Cu離子沿著電流方向迀移，造成電流流入端貧銅和電流流出端富銅的現(xiàn)象。這種迀移將破壞材料的均勻性，改變其載流子濃度，進而嚴(yán)重影響材料的熱電性能；另一方面，銅的析出也會影響材料與電極間的接觸。此外，當(dāng)Cu離子迀移量達到一定程度時，即材料基體中剩余的Cu不足以維持原有晶體結(jié)構(gòu)時，原來的物相將會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變甚至分解，造成熱電器件的完全失效。
[0008]因此，材料在大電流作用下Cu離子迀移的情況對銅基熱電材料的研究具有重要意義，但目前對該方面的研究還很少。通過離子迀移率無疑是反應(yīng)材料中Cu離子迀移情況最直觀的物理量，而電化學(xué)方法是表征離子導(dǎo)體或超離子導(dǎo)體中離子電導(dǎo)率常用的方法。但由于熱電材料多為半導(dǎo)體，其中離子對電導(dǎo)率的貢獻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載流子的貢獻，因此，電化學(xué)方法很難準(zhǔn)確測量熱電材料中Cu離子電導(dǎo)率。
[0009]此外，熱電材料通常需要表征其不同溫度(常為高溫)下的性能，而電化學(xué)方法也由于受到電解質(zhì)的限制，難以實現(xiàn)高溫下的測量。131'0￥]1和061111161'等人(/.ElectronMaterials 2013,42，2014;dc/mocec/ Energy Materials 2014，1301581)也通過搭建簡單的裝置，在高溫下對樣品施加電流，通過觀察樣品表面的變化，定性的判斷Cu離子迀移的情況。但這種定性判斷的方法無法提供材料中Cu離子迀移的速度和程度等更詳細(xì)的信息。
[0010]綜上所述，本領(lǐng)域迫切需要探索一種能有效表征熱電材料在大電流作用下服役穩(wěn)定性的測試裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可有效表征熱電材料在大電流作用下服役的穩(wěn)定性的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置和方法。
[0012]為了解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置包括:容納于控溫爐中的正負(fù)電極，待測樣品固定在所述正負(fù)電極之間；與所述正負(fù)電極串聯(lián)連接的電源和電流表；與所述待測樣品上的熱電偶并聯(lián)連接的電壓表;與所述電源、電流表及電壓表相連以采集電壓、電流和溫度信號的多通道數(shù)據(jù)采集器；以及與所述多通道數(shù)據(jù)采集器相連并基于所述多通道數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)獲得所述待測樣品的電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)的計算機。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，采用上述測量裝置，通過對待測樣品施加持續(xù)的恒定大電流，采集材料電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)，獲取材料中Cu離子迀移的信息，從而獲得材料在大電流下服役的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)用于離子迀移分析的電化學(xué)方法相比，測試的材料范圍更廣，適用的測試溫度跨度更大，且能提供大電流作用過程中材料的電學(xué)性能變化信息。測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可有效表征熱電材料在大電流作用下服役的穩(wěn)定性。
[0014]又，本發(fā)明中，還包括用于對所述正負(fù)電極中的一方進行推壓以將所述待測樣品固定在所述正負(fù)電極之間的可伸縮的推桿。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，通過對所述正負(fù)電極中的一方進行推壓的可伸縮的推桿可有效地將待測樣品固定在正負(fù)電極之間。
[0016]又，本發(fā)明中，所述電源和電流表可通過Pt線與所述正負(fù)電極相連。
[0017]又，本發(fā)明中，所述熱電偶為S型、R型、B型、N型或者K型熱電偶;所述正負(fù)電極為石墨電極、鎳電極、銅電極或不銹鋼電極。
[0018]又，本發(fā)明中，所述控溫爐內(nèi)的溫度范圍為室溫?1000 °C;且所述控溫爐提供真空或者惰性氣體的測試氛圍，優(yōu)選地，真空度為10—3?15 Pa，或者，所述惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。
[0019]又，本發(fā)明中，所述電源控制為輸出恒定電流，輸出電流范圍為0.001?2.5A。
[0020]所述熱電偶與所述待測樣品通過銀漿、碳槳、錫焊、點焊進行連接。
[0021]另一方面，本發(fā)明還提供了使用上述測量裝置實施表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量方法，包括:將待測樣品固定在容納于控溫爐中的正負(fù)電極之間;將電源和電流表與所述待測樣品串聯(lián)連接;將電壓表與所述待測樣品上的熱電偶并聯(lián)連接;測量所述熱電偶兩點間的初始電阻值Ro;通過所述電源對所述待測樣品通入一定時間的恒定大電流，斷電后再次測量所述熱電偶兩點間的電阻R1;重復(fù)上述通入恒定大電流，斷電后測電阻的過程，得出所述待測樣品上熱電偶之間的電阻R(t)與通入恒定大電流的累積時間t的關(guān)系O
[0022]根據(jù)本發(fā)明，通過對待測樣品施加持續(xù)的恒定大電流，采集材料電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)，獲取材料中Cu離子迀移的信息，從而獲得材料在大電流下服役的穩(wěn)定性。
[0023]又，本發(fā)明中，還可包括通過多通道數(shù)據(jù)采集器進行電阻監(jiān)控，用于進行所述電阻監(jiān)控的電流小于50 mA，優(yōu)選為在I?50 mA之間。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，可防止電流過大而對測試產(chǎn)生影響。
[0025]又，本發(fā)明中，電阻的測量都可在斷電5?30 min后進行。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，可避免溫度和電壓波動的影響。
[0027]根據(jù)下述【具體實施方式】并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的上述內(nèi)容及其它目的、特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0028]圖1是熱電器件在大電流作用下引起Cu離子迀移的示意圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施形態(tài)的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是750 K時，Cu2S樣品在恒定大電流(12 A/cm2)作用下電阻隨時間的變化；
圖4是750K時，CuGaTe2樣品在恒定大電流(12A/cm2)作用下電阻隨時間的變化。
[0029]附圖標(biāo)記:
1電源，
2電流表，
3電壓表，
4推桿，
5電極，
6熱電偶，
7多通道數(shù)據(jù)采集器，
8計算機，
9控溫爐，
10待測樣品，
11真空栗，
12循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實施形態(tài)和附圖來說明本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著性的進步。應(yīng)理解，這些實施形態(tài)僅用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0031]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對大電流作用下銅基熱電材料中Cu離子迀移性能的測量所存在的種種缺陷，本發(fā)明提供了一種新的熱電材料在大電流作用下服役穩(wěn)定性的測量裝置及方法。該測量裝置及方法不僅測試溫度跨度大，適用范圍廣，對半導(dǎo)體銅基熱電材料中Cu離子迀移的本征性能進行表征，反映材料在大電流作用下服役的穩(wěn)定性，同時也能提供Cu離子迀移過程中材料物理性能的變化。
[0032]本發(fā)明中測量方法的原理是基于大電流的作用會使部分銅基熱電材料中Cu離子發(fā)生迀移，并在電流流出端析出，導(dǎo)致材料服役的失效。而在銅基熱電材料的晶體結(jié)構(gòu)中，總存在一定的本征C u空位，使材料表現(xiàn)出P型半導(dǎo)體的特征。在大電流的作用下，C u離子發(fā)生迀移，導(dǎo)致材料中Cu空位增加，P型銅基材料中載流子濃度提高，材料電導(dǎo)率提高。因此，可以通過測試材料在大電流下電阻變化，表征材料中Cu離子迀移的情況。
[0033]為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，對測量裝置和測量方法等方面都進行了特殊的設(shè)計。
[0034]本發(fā)明提供了一種表征熱電材料在大電流下服役穩(wěn)定性的測量裝置。根據(jù)上述測量原理，該測量裝置需要滿足的條件包括:能持續(xù)通入較大的恒定電流;能長時間穩(wěn)定在較高溫度，且控溫精準(zhǔn);能精準(zhǔn)測試材料電阻。
[0035]針對上述需求設(shè)計的測量裝置，可包括:容納于控溫爐中的正負(fù)電極，待測樣品固定在所述正負(fù)電極之間；與所述正負(fù)電極串聯(lián)連接的電源和電流表;與所述待測樣品上的熱電偶并聯(lián)連接的電壓表;與所述電源、電流表及電壓表相連以采集電壓、電流和溫度信號的多通道數(shù)據(jù)采集器；以及與所述多通道數(shù)據(jù)采集器相連并基于所述多通道數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)獲得所述待測樣品的電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)的計算機。
[0036]借助于此，通過對待測樣品施加持續(xù)的恒定大電流，采集材料電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)，獲取材料中Cu離子迀移的信息，從而獲得材料在大電流下服役的穩(wěn)定性。
[0037]具體地，圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施形態(tài)的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本是實施形態(tài)中的測量裝置可包括電源1、電流表2、電壓表3、推桿4、電極5、熱電偶6、多通道數(shù)據(jù)采集器7、計算機8、控溫爐9等。
[0038]其中，電源1、電流表2、電壓表3，可用于提供恒定大電流及電阻的測試，控溫爐9可用于提供測試所需要的溫度和氣氛條件。爐腔內(nèi)部示意性結(jié)構(gòu)如圖2中虛線框內(nèi)所示，待測樣品10可通過例如可伸縮的推桿4水平固定于兩電極5之間，電源I和電流表3通過例如Pt線與兩個電極5相連，與待測樣品10形成串聯(lián)接入電路中，電壓表3與待測樣品10上的熱電偶相連，與待測樣品10并聯(lián)接入電路。
[0039]測量時推桿4、電極5和待測樣品10整體放置于控溫爐9的爐腔中。電壓、電流和溫度信號通過多通道數(shù)據(jù)采集器7采集之后傳輸至計算機8顯示。
[0040]優(yōu)選地，所述控溫爐9提供的溫區(qū)為室溫至1000 °C，控溫精度高，誤差小于0.1 K0且該控溫爐9可提供真空或者惰性氣體的測試氛圍，其中，真空度為10—3?15 Pa，惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。
[0041]優(yōu)選地，所述電源I輸出電流可以控制為恒定值，且輸出恒定電流的量程為I?2500
mAo
[0042]又，本發(fā)明還提供了一種利用本發(fā)明的測量裝置，表征銅基熱電材料中Cu離子迀移性能的測量方法。通過監(jiān)控對Cu空位數(shù)敏感的電阻變化，來間接地反應(yīng)材料中Cu離子迀移的情況，獲得材料在大電流下服役穩(wěn)定性。
[0043]該測量方法的具體測量步驟如下:
a.測出待測樣品10的熱電偶6兩點間初始電阻值Ro，為未發(fā)生Cu離子迀移的狀態(tài)；
b.通入一定時間的恒定大電流I，斷電后再次測量熱電偶6兩點間電阻為R1;
c.重復(fù)上述通入恒定大電流，斷電后測電阻的過程。
[0044]通過上述測量，得出一系列材料電阻R(t)與通入恒定大電流累積時間t的關(guān)系，SP可反應(yīng)材料中Cu離子迀移的情況。R(t)衰減越快，則Cu離子迀移越快，材料服役失效越快;R(t)衰減越多，則Cu離子迀移數(shù)量越大，材料服役失效越明顯。
[0045]本發(fā)明提供了一種新的熱電材料中Cu迀移性能的測量裝置及其方法，與傳統(tǒng)的方法相比，具有以下顯著的進步和優(yōu)點:
1、適用范圍廣。可測量半導(dǎo)體和超離子導(dǎo)體材料，適用于絕大多數(shù)熱電材料的測量，如銅基熱電材料、銀基熱電材料等。
[0046]2、測試溫度跨度大。實現(xiàn)了在室溫至1000 °C不同溫度下的測量，測試條件更接近于熱電材料實際的工作環(huán)境。
[0047]3、提供的信息多。該方法不僅能原位表征銅基熱電材料服役過程中Cu離子迀移的本征情況，同時也能提供Cu離子迀移過程中材料電學(xué)性能及表面溫度的變化。
[0048]4、該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。推桿4及控溫爐9的爐腔均可移動，待測樣品放置方便;多通道數(shù)據(jù)采集器7自動采集電流、電壓、電阻和溫度等信息。
[0049]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明所提供的熱電材料中Cu離子迀移性能的測量裝置及其方法進行進一步詳細(xì)說明。
[0050]如圖2的實施形態(tài)所示，本發(fā)明的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置可包括電源1、電流表2、電壓表3、多通道數(shù)據(jù)采集器7、計算機8、控溫爐9、真空栗11、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12等。爐腔9通過與真空栗11和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)12相連，提供測試所需的氣氛和溫度環(huán)境。電源I和電流表2通過與兩個金屬電極5相連串聯(lián)接入電路中，電壓表3通過兩對熱電偶6與待測樣品10并聯(lián)接入電路中。電壓、電流和溫度信號通過多通道數(shù)據(jù)采集器7采集之后傳輸至計算機8顯示。
[0051]優(yōu)選地，上述電路中所使用的導(dǎo)線均為Pt線，電阻低，且高溫條件下依然穩(wěn)定，滿足高溫環(huán)境中測試的需求。
[0052]所述正負(fù)電極5可為石墨電極、鎳電極、銅電極或不銹鋼電極。更優(yōu)選地，上述電流流出端電極可采用金屬銅電極，從而能起到一定散熱作用，防止由于大電流下帕爾貼效應(yīng)的作用，使樣品溫度上升過高。
[0053]利用上述測量裝置進行銅基熱電材料中Cu迀移性能測試的方法，具體步驟如下:(O待測樣品10的預(yù)處理及放置:將兩對熱電偶6焊接在待測樣品10側(cè)面上的合適位置，通過可伸縮的推桿4固定在兩金屬塊電極5之間，連接電路。其中，熱電偶6與待測樣品10也可通過銀漿、碳槳、錫焊、點焊進行連接。該熱電偶可以為S型、R型、B型、N型或者K型熱電偶。
[0054]優(yōu)選地，上述兩對熱電偶6焊接在待測樣品10側(cè)面上長度1/3和2/3的位置，有效避免樣品兩端電場分布不均勻而對測試結(jié)果造成影響。
[0055]優(yōu)選地，上述待測樣品10用高溫膠進行包裹封裝，防止高溫測試條件引起待測樣品10表面氧化或元素?fù)]發(fā)，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0056](2)測試條件的建立:建立真空或者惰性氣體的密封環(huán)境;按一定程序升溫至指定溫度，通過伏安法測試電阻，并通過多通道數(shù)據(jù)采集器7采集電阻變化數(shù)據(jù)。
[0057]優(yōu)選地，上述用于電阻監(jiān)控的電流小于50 mA，優(yōu)選為I?50 mA之間，從而保證IV曲線為直線，防止電流過大而對測量產(chǎn)生影響。
[0058]優(yōu)選地，上述電阻監(jiān)控中，電阻長時間保持不變，再進行測試，以排除其他因素引起電阻變化，而對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。
[0059](3)測試過程:對于待測樣品10在恒定大電流下穩(wěn)定性測試，首先測出熱電偶6兩點間初始電阻值Ra，然后通入一定時間的恒定大電流I，斷電后再次測量熱電偶6兩點間電阻為R1，重復(fù)上述通入恒定大電流，斷電后測電阻的過程，得出一系列電阻R(t)與通入恒定大電流累積時間t的關(guān)系。通過t與R(t)/Ro之間的關(guān)系，即可反應(yīng)材料中Cu離子迀移的情況。
[0060]優(yōu)選地，上述電阻的測量都在溫度和電壓均保持穩(wěn)定之后再進行。更優(yōu)選地，電阻的測量都在斷電5?30 min后進行，避免溫度和電壓波動的影響。
[0061]下面進一步例舉實施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0062]實施例1 Cu2S材料
選用長度為9 mm，橫截面積約為2.54 mm2的長方體形Cu2S樣品。將焊接好的R型熱電偶通過高溫碳漿粘接于樣品側(cè)面上長度1/3和2/3處，并用高溫膠(主要成分為硅酸鈉)對樣品側(cè)面進行包裹封裝，并于150 °C烘干固定。樣品通過Al2O3推桿施加適當(dāng)?shù)膲毫潭ㄔ诮饘貼i塊和金屬Cu塊之間。測試前先對爐腔充放氣三次，最后通入高純氬氣建立惰性氣體測試環(huán)境。以5 K/min的速度升溫至750 K(指定測試溫度)，并在該溫度下保溫，同時，以I?10 mA的測試電流監(jiān)控其電阻變化。10 h內(nèi)電阻變化波動小于5%，認(rèn)為可以進行測試。
[0063]對于恒定大電流下穩(wěn)定性的測試，首先測出初始電阻Ra，然后通入一定時間t的恒定大電流1=0.305 A(12 A/cm2)，斷電后等待約10 min，溫度和電壓都穩(wěn)定之后測量電阻R(t)，重復(fù)上述通入大電流，斷電測電阻的過程，得出一系列電阻R(t)/Ro與通入大電流時間t的關(guān)系。結(jié)果如圖3所示，材料電阻在大電流的作用下發(fā)生明顯降低，通電約15 min，電阻降低至約20%，隨著通電時間的增加，這種電阻下降逐漸變緩，最后下降至初始電阻的約10%，說明Cu2S在大電流作用下會發(fā)生明顯的Cu迀移效應(yīng)。
[0064]實施例2 CuGaTe2 材料
選用長度為11 mm，橫截面積約為3.42 mm2的長方體形CuGaTe2樣品。將焊接好的R型熱電偶通過高溫碳漿粘接于樣品側(cè)面上長度1/3和2/3處，并用高溫膠(主要成分為硅酸鈉)對樣品側(cè)面進行包裹封裝，并于150 °C烘干固定。樣品通過Al2O3推桿施加適當(dāng)?shù)膲毫潭ㄔ诮饘貼i塊和金屬Cu塊之間。測試前先對爐腔充放氣三次，最后通入高純氬氣建立惰性氣體測試環(huán)境。以5 K/min的速度升溫至750 K(指定測試溫度)，并在該溫度下保溫，同時，以10?50 mA的測試電流監(jiān)控其電阻變化。10 h內(nèi)電阻變化波動小于5%，認(rèn)為可以進行測試。
[0065]對于恒定大電流下穩(wěn)定性的測試，首先測出初始電阻Ro，然后通入一定時間t的恒定大電流1=0.41 A(12 A/cm2)，斷電后等待約10 min，溫度和電壓都穩(wěn)定之后測量電阻R(t)，重復(fù)上述通入大電流，斷電測電阻的過程，得出一系列電阻R(t)/Ro與通入大電流時間t的關(guān)系。結(jié)果如圖4所述，通入電流密度為12 A/cm2的大電流約10 h，材料電阻無明顯降低，說明CuGaTe2在750 K時，在該電流密度下是穩(wěn)定的。
[0066]本發(fā)明的表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置和方法可適用于Cu基熱電材料和Ag基熱電材料等熱電材料在大電流作用下服役穩(wěn)定性的測量。
[0067]在不脫離本發(fā)明的基本特征的宗旨下，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種形式，因此本發(fā)明中的實施形態(tài)是用于說明而非限制，由于本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定而非由說明書限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書中。
【主權(quán)項】
1.一種表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量裝置，其特征在于，包括: 容納于控溫爐中的正負(fù)電極，待測樣品固定在所述正負(fù)電極之間； 與所述正負(fù)電極串聯(lián)連接的電源和電流表； 與所述待測樣品上的熱電偶并聯(lián)連接的電壓表； 與所述電源、電流表及電壓表相連以采集電壓、電流和溫度信號的多通道數(shù)據(jù)采集器；以及 與所述多通道數(shù)據(jù)采集器相連并基于所述多通道數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)獲得所述待測樣品的電阻隨通電時間變化的數(shù)據(jù)的計算機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，還包括用于對所述正負(fù)電極中的一方進行推壓以將所述待測樣品固定在所述正負(fù)電極之間的可伸縮的推桿。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述電源和電流表通過Pt線與所述正負(fù)電極相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述熱電偶為S型、R型、B型、N型或者K型熱電偶;所述正負(fù)電極為石墨電極、鎳電極、銅電極或不銹鋼電極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述控溫爐內(nèi)的溫度范圍為室溫?1000 °C;且所述控溫爐提供真空或者惰性氣體的測試氛圍，優(yōu)選地，真空度為10—3?15 Pa，或者，所述惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述電源控制為輸出恒定電流，輸出電流范圍為0.001?2.5 A。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述熱電偶與所述待測樣品通過銀漿、碳槳、錫焊、點焊進行連接。8.—種使用根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的測量裝置實施表征大電流作用下熱電材料服役穩(wěn)定性的測量方法，其特征在于，包括: 將待測樣品固定在容納于控溫爐中的正負(fù)電極之間； 將電源和電流表與所述待測樣品串聯(lián)連接； 將電壓表與所述待測樣品上的熱電偶并聯(lián)連接； 測量所述熱電偶兩點間的初始電阻值Ro; 通過所述電源對所述待測樣品通入一定時間的恒定大電流，斷電后再次測量所述熱電偶兩點間的電阻Ru 重復(fù)上述通入恒定大電流，斷電后測電阻的過程，得出所述熱電偶之間的待測樣品的電阻R(t)與通入恒定大電流的累積時間t的關(guān)系。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于，還包括通過多通道數(shù)據(jù)采集器進行電阻監(jiān)控，用于進行所述電阻監(jiān)控的電流小于50 mA，優(yōu)選為在I?50 mA之間。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于，電阻的測量都在斷電5?30min后進行。
【文檔編號】G01R31/00GK105911380SQ201610234549
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】史迅, 朱雅琴, 陳立東, 仇鵬飛
【申請人】中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所