其中:S是塞贝克系数;σ是材料的电导率;k是材料的热导率。
塞贝克系数是热电材料重要的性能参数之一,从式(1)可见,塞贝克系数s越大,优值系数Z越大,材料的热电性能越好。精确测量材料的塞贝克系数,对于研究热电材料性能以及开发新型热电材料具有重要的现实意义。
热电材料的塞贝克系数可表示为:
式中:E为温差电材料两端产生的塞贝克电动势;S即塞贝克系数;ΔT为温差电材料两端的温差。
2 系统设计方案
2.1 系统概述
传统测量塞贝克系数的装置,都是固定一端用于加热,另一端用于制冷,对不同极性的样品进行测量时需要重新装卸。该系统的一个突出特点就是在每个样品夹内均设有加热及制冷机构,样品夹内的加热机构采用交流调压模块控制加热丝实现,制冷机构采用半导体致冷片实现。半导体制冷片是一种利用半导体珀尔帖效应而制的器件,将其冷端贴在样品夹上,热端与水冷装置相连。致冷片通过吸热效应把样品一端的热量传至致冷片的热端,并通过水冷装置把样品冷端的热量带离系统。该测量仪的热电材料温度控制测量仪的硬件结构图如图1所示。
通过加热与致冷机制,该系统可以从任意方向对热电材料的塞贝克系数进行测量、且不需确定待测样品的极性,对于温度的控制响应迅速且精度较高,可避免将样品从样品夹上拆卸再重新装上所带来的麻烦,简化了测试步骤,缩短了测试时间。