CN104062318A - 用于测量样品的热电性能的样品座及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于测量样品的热电性能的样品座以及测量方法，其有助于提高热电性能测量的可靠性，该样品座包括基座（2）、绝缘垫片（3）、两个第一压块（4）、两个第二压块（5）、两个第三压块（6）和两个温差加热器（7和7′），其中：基座（2）上铺设绝缘垫片（3），两个第一压块（4）间隔安装在绝缘垫片（3）上，两个第二压块（5）分别位置相对地叠压在所述两个第一压块（4）上，被测样品（8）悬置并且两端分别固定在所述第一压块（4）与第二压块（5）之间，两个第三压块（6）分别位置相对地叠压在两个第二压块（5）上，各个第二压块（5）与第三压块（6）之间分别放置一个温差加热器（7或7′）。

Description

用于测量样品的热电性能的样品座及测量方法

技术领域

本发明涉及热电材料的测量领域，具体地，涉及一种测量样品（例如，热电材料）的热电性能（例如，热电势和电阻率）的样品座以及测量方法。

背景技术

热电材料可以实现热能与电能的直接转换，自从上个世纪九十年代以来引起了人们越来越广泛的关注。热电材料的性能优劣可由热电优值系数ZT(Thermoelectric figure of merit)来评价，其表征公式为：ZT=S²T/ρ(κ_L+κ_e)，其中，S为热电势（或称Seebeck系数），T为绝对温度，ρ为电阻率，κ_L为晶格热导率,κ_e为电子热导率。热电势和电阻率是描述热电性能好坏的两个首要物理量。在热电材料研究过程中，面临着大量的待测样品，对于很多样品而言，如果热电势过低或者电阻率过高则表明这些热电材料没有热电应用前景，没有必要进行进一步的测量（这些测量包括热导率和载流子浓度的测量等等）,也就是说可以通过测量热电势和电阻率筛选出那些可能具有较高热电性能的热电材料，再对这些热电材料进行进一步的研究，从而大大提高研发效率。对于热电势和电阻率的测量设备而言，它需要能在一个足够宽的温度范围里迅速准确地完成测试，要满足这个条件，就需要合理地设计样品座并采用可靠的测量和数据处理方法。

在专利号为201220366801.6、发明名称为“热电材料的测试样品座及其热电性能测量装置”的中国实用新型专利中，样品座只有一个温差加热器，这个温差加热器被用银胶固定在第二压块上，在使用过程中，特别是在高温测量中，该温差加热器容易脱落，而且由于其只有一个温差加热器而使得所测量的热电势值不够可靠。

发明内容

本发明提供一种用于测量样品的热电性能的样品座以及测量方法，与现有具有单个温差加热器的样品座相比，本发明所提供的样品座有助于提高热电性能测量的可靠性。

本发明提供一种用于测量样品的热电性能的样品座，该样品座包括基座、绝缘垫片、两个第一压块、两个第二压块、两个第三压块和两个温差加热器，其中：所述基座上铺设所述绝缘垫片，所述两个第一压块间隔安装在所述绝缘垫片上，所述两个第二压块分别位置相对地叠压在所述两个第一压块上，被测样品悬置并且两端分别固定在所述第一压块与所述第二压块之间，所述两个第三压块分别位置相对地叠压在所述两个第二压块上，各个所述第二压块与所述第三压块之间分别放置一个所述温差加热器。

本发明还提供一种用于采用上述样品座对样品的热电性能进行测量的方法，该方法包括：

将固定了所述被测样品的所述样品座置于为真空的样品室中，其中所述被测样品的两端上分别固定有温度检测元件和热电电压输出端；

交替地启动和关闭位于所述被测样品的两端上的所述温差加热器以使所述被测样品交替地处于两端温度不均匀的升温阶段和降温阶段，并使用所述温度检测元件和所述热电电压输出端来获取所述升温阶段和所述降温阶段中所述被测样品两端的温度差和热电电压，直到在设定温差范围中获得了多组所述温度差和所述热电电压为止；以及

依据在各个所述升温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第一热电势，依据在各个降温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第二热电势，并利用所述第一热电势和所述第二热电势来获得所述被测样品的热电势。

根据本发明的样品座通过第二压块和第三压块来固定温差加热器，所以解决了测量过程中，温差加热器容易脱落的问题。另外，由于根据本发明的样品座和测量方法利用了两个温差加热器，所以可以大大提高热电性能测量的可靠性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a和图1b分别为根据本发明一种优选实施方式的样品座的俯视图和侧视图。

图2为结合根据本发明的样品座来测量样品的热电性能的测量系统的结构示意图。

图3为真空样品室的结构示意图。

图4为热电势测量原理示意图。

图5显示了实施例1中，在使用准稳态测量模式测量热电势的一个典型的测量周期中，康铜样品两端的温度、温度差ΔT和热电电压ΔU随时间变化的情况。

图6显示了根据图5中的升温段和降温段所得到的ΔU-ΔT曲线图。

图7显示了测量不稳定样品时的ΔU-ΔT曲线图。

图8显示了在实施例1中测量到的康铜热电势随温度变化的情况，并将其与文献值进行了比较；其中，实测数据分别由升温段和降温段的S_表观值经过导线的热电势校正得到。

图9显示了在实施例2中测量到的金属铂热电势随温度变化的情况，并将其与文献值进行了比较；其中，实测数据分别由升温段和降温段的S_表观值经过导线的热电势校正得到。

图10显示了在实施例2中测量到的金属铂的电阻率随温度变化的情况，并将其与文献值进行了比较。

附图标记说明

1 样品座 2 基座

3 绝缘垫片 4 第一压块

5 第二压块 6 第三压块

7 温差加热器 7′ 温差加热器

8 被测样品 9 热电偶

9′ 热电偶 10 电阻测量导线

11 第一紧固件 12 陶瓷垫片

13 绝缘陶瓷管 14 样品室

15 样品杆 16 液氮注入口

17 氮气出口 18 电气接头

19 样品杆热电偶接头 20 样品杆末端

21 样品杆加热器 22 样品杆热电偶

23 样品热电偶接头 24 电阻真空计接口

25 电离真空计接口 26 分子泵接口

27 分子泵 28 机械泵

29 阀门 30 高压钢瓶

31 真空计表头 32 液氮罐

33 计算机 34 温控仪

35 程控电源 35′ 程控电源

36 热电偶线 37 热电偶参考端

38 铂电阻温度计 39 铜线

40 电压表 41 电压表

42 电压表 43 恒流源

44 纳伏电压表

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，但并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

如图1所示，本发明提供了一种用于测量样品的热电性能的样品座，该样品座包括基座2、绝缘垫片3、两个第一压块4、两个第二压块5、两个第三压块6以及两个温差加热器7和7′。所述基座2上铺设所述绝缘垫片3，所述两个第一压块4间隔安装在所述绝缘垫片3上，所述两个第二压块5分别位置相对地叠压在所述两个第一压块4上，被测样品8悬置并且两端分别固定在所述第一压块4与所述第二压块5之间，所述两个第三压块6分别位置相对地叠压在所述两个第二压块5上，各个所述第二压块5与所述第三压块6之间分别放置一个所述温差加热器。

优选地，绝缘垫片3优选选择具有较高热导率并且耐高温的陶瓷材料制作，以便绝缘垫片3能够在基座2与第一压块4之间形成良好的热传导和电绝缘并且能够耐受样品座上的高温，在本发明中优选选用的绝缘垫片3的材料为氮化硼。

优选地，所述两个第一压块4平行地间隔安装在绝缘垫片3上，并且各个第一压块4的两端分别通过第一紧固件11固定安装到所述基座2上，其中，第一紧固件11可以采用不锈钢螺钉并且不锈钢螺钉通过陶瓷垫片12和绝缘陶瓷管13与基座2绝缘。

优选地，根据本发明的样品座还可以包括多个第二紧固件，该多个第二紧固件连接所述第一压块4和第二压块5以便压紧被测样品8。另外，第二紧固件可以是例如螺钉等紧固件；第二紧固件优选为4个并分布在所述两个第二压块5的四个端部。所述被测样品8的端部优选压接于所述第一压块4的顶面中部和所述第二压块5的底面中部，这样，使得被测样品8的两端尽量与第一压块4和第二压块5形成相同的热接触，从而有利于被测样品8的两端达成热平衡。

优选地，两个温差加热器7和7′用于在被测样品8的两端进行加热，以形成温度梯度，例如，可以使位于被测样品8一端上的温差加热器启动而另一端上的温差加热器关闭，从而使得被测样品8两端的温度不同而形成温度梯度。更优选地，两个温差加热器7和7′被分别放置在第二压块5的顶面中部和所述第三压块6的底面中部之间，而且其优选可以是陶瓷加热片或其他加热片。

优选地，根据本发明的样品座还可以包括多个第三紧固件，这多个第三紧固件连接所述第二压块5和第三压块6以压紧温差加热器7和7′，第三紧固件例如是螺钉之类的紧固件。第三紧固件优选为4个并分布在所述两个第三压块6的四个端部。优选地，两个温差加热器7和7′被置于所述第二压块5的顶面中部和所述第三压块6的底面中部，以利于对被测样品8的端部进行加热。

优选地，第一压块4和第二压块5可由紫铜加工制成，以方便传热；第三压块6可以由较高强度的金属制成，以减少使用过程中的变形。

另外，在图1a和图1b中还示出了温度检测元件和热电电压输出端，其中温度检测元件和热电电压输出端这两者整体上被示为单个的元件，例如，可以用热电偶来同时实现温度检测元件和热电电压输出端的功能，因此，在图1a和图1b中分别示出了位于被测样品8两端的热电偶9和9′，这两个热电偶9和9′都用于同时实现温度检测元件和热电电压输出端的功能，但是本领域技术人员可以理解的是，温度检测元件和热电电压输出端可以用分离的元件实现而且它们可以不是根据本发明的样品座的一部分，而是作为用于对样品的热电性能进行测量的测量系统（如下面结合图2所描述的）的一部分。通常，在采用测量系统对被测样品8的热电势进行测量时，两组热电偶9和9′被用银胶固定在被测样品8的两端，例如，在下面的实施例1和2中，所选用的热电偶型号为T型，当然也可以根据需要采用其它型号的热电偶。另外，在采用测量系统对电阻率等热电性能进行测量时，还有可能用到金属导线，所以在图1a中还示例性地示出了金属导线10（其也可以不作为根据本发明的样品座的一部分，而是作为对热电性能进行测量的测量系统的一部分），在测量电阻率时，被测样品8的两端还要用银胶另外固定上两条金属导线10，以用来和一台恒流源相连。

图2为结合图1所示的样品座来测量样品的热电性能的测量系统的结构示意图。该测量系统包括样品室14、各种测量仪表和一台计算机33。其中，该样品室14内设有如图1a和1b所示的样品座，该样品座被安装在图3所示的样品杆15的末端20上，其中图3是真空样品室14的结构示意图。温控仪34通过图3所示的样品杆热电偶接头19与样品杆热电偶22相连接，温控仪34同时还通过图3所示的样品杆的一个电气接头（未示出）与样品杆加热器21相连，温控仪34通过样品杆热电偶22和样品杆加热器21对样品杆15前端（含样品座）的温度进行调节，其中温度调节范围至少可在100K―650K之间。用于测量被测样品8的温度的热电偶9和9′可通过样品室14内的热电偶线及图3所示的样品热电偶接头23连接到样品室14外部，再经过图2所示的热电偶线36、热电偶参考端37、铜线39与三台电压表40、41和42相连。热电偶参考端（即冷端）37为一个放置在样品室14外的恒温铜块（尺寸可以是105mm×65mm×20mm），热电偶线36与铜线39的连接点与上述恒温铜块紧密地热接触但是电绝缘。恒温铜块的温度T₀（室温）由一个铂电阻温度计38实时测量。图4显示的是热电势测量的原理图，可以看到，热电偶9和9′的测温电压信号分别由电压表42和40所测量，热电动势信号分别从热电偶9和9′的铜线端引出并被电压表41所测量。计算机33根据恒温铜块的温度T₀，对热电偶9和9′的测温电压信号进行冷端补偿，以得到被测样品两端的温度。

再次参考图2和图3，两个温差加热器7和7′的接线端通过导线分别通过图3中的电气接头18与样品室14外的两台程控电源35和35′相连。程控电源35和35′、电压表40、41、42以及温控仪34通过GPIB或RS-232之类的通信接口与计算机33相连。

图2所示的测量系统还可包括作为真空获取装置的分子泵27和机械泵28、作为真空测量装置的真空计31和作为惰性气体加注装置的高压钢瓶30，这使得热电性能测量不仅可在真空环境或大气环境下进行也可在惰性气体环境下进行。另外，图3中的液氮注入口16与图2中的液氮罐32连接，电阻真空计接口24接电阻真空计探头（未示出），电离真空计接口25接电离真空计探头（未示出），这两个探头和图2中的真空计31相连。

热电势的测量原理如下：当金属和半导体被测样品8两端的温度差为ΔT=T₂-T₁时，由于热端载流子向冷端扩散，使得被测样品8的两端形成了一个电势差ΔU（T₂，T₁）（也称为热电电压）。根据图4所示的热电势测量原理图，假设热电偶9和9′为T型热电偶，并且电势差ΔU信号从上述热电偶9和9′的铜线端引出，则ΔU可以被表述为：

$\mathrm{\ΔU}(T_2,T_1)=-{\∫}_{T_1}^{T_2}(S\left(T\right)-S_{\mathrm{Cu}}\left(T\right))\mathrm{dT}---\left(1\right)$

其中，S(T)和S_Cu(T)分别是被测样品8和导线（例如，铜线）的热电势值，T₂和T₁分别代表热电偶9和9′测量到的被测样品8两端的温度。当ΔT/T_ave足够小的时候（ΔT=T₂-T₁，T_ave=（T₂+T₁）/2），公式（1）可以近似为：

$\mathrm{\ΔU}(T_2,T_1)\≈-(S\left(T_{\mathrm{ave}}\right)-S_{\mathrm{Cu}}\left(T_{\mathrm{ave}}\right))\mathrm{\ΔT}---\left(2\right)$

从公式（2）可以得到被测样品8的热电势为：

$S\left(T_{\mathrm{ave}}\right)=-\mathrm{\ΔU}(T_2,T_1)/\mathrm{\ΔT}+S_{\mathrm{Cu}}\left(T_{\mathrm{ave}}\right)---\left(3\right)$

根据公式（3），当在被测样品8的两端施加一个小温差ΔT时，通过测量ΔU（T₂，T₁），就可以得到被测样品8在温度为T_ave时的表观热电势S_表观=-ΔU/ΔT,扣除导线的贡献S_Cu后，可以得到被测样品8的热电势S。在本发明中，施加温差ΔT是通过交替启动置于被测样品8两端的温差加热器7和7′来实现的。

因此，本发明提供一种用于采用根据本发明的样品座对样品的热电性能进行测量的方法，该方法包括：

S11、将固定了所述被测样品8的所述样品座置于为真空的样品室14中，其中所述被测样品8的两端上分别固定有温度检测元件以及热电电压输出端（例如，热电偶9和9′）；

S12、交替地启动和关闭位于所述被测样品8的两端上的所述温差加热器7和7′以使所述被测样品8交替地处于两端温度不均匀的升温阶段和降温阶段，并使用上述温度检测元件和热电电压输出端9和9′获取所述升温阶段和所述降温阶段中所述被测样品8两端的温度差和热电电压，直到在设定温差范围中获得了多组所述温度差和所述热电电压为止；以及

S13、依据在各个所述升温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第一热电势，依据在各个降温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第二热电势，并利用所述第一热电势和所述第二热电势来获得所述被测样品8的热电势。

具体而言，在采用根据本发明的测量方法的情况下，可以利用准稳态测量模式来测量被测样品8的热电势，即当样品座和被测样品8本身的温度达到平衡后，首先启动被测样品8一端上的温差加热器（此时被测样品8另一端上的温差加热器是关闭的），连续记录升温段ΔT和ΔU随时间的变化，当ΔT达到设定的温差上限ΔT_设定时，关闭该温差加热器（此时被测样品8另一端上的温差加热器仍是关闭的），继续记录降温段ΔT和ΔU随时间的变化；当ΔT降低到设定的温差下限ΔT_平衡后，启动被测样品8另外一端上的温差加热器（此时被测样品8的所述一端上的温差加热器是关闭的），连续记录升温段ΔT和ΔU随时间的变化，同样当ΔT达到设定的温差上限ΔT_设定时关闭该温差加热器（此时被测样品8的所述一端上的温差加热器仍是关闭的），继续记录降温段ΔT和ΔU随时间的变化。将两组升温段数据合并起来和将两组降温段数据合并起来，然后将升温段和降温段的ΔU-ΔT数据分别作图，得到线性关系，经过线性拟和，得到两个斜率（ΔU/ΔT），根据公式（3）扣除热电偶导线的热电势贡献后，分别得到从升温段和降温段数据导出的被测样品热电势值，两者的平均值作为被测样品的热电势测量值。

在很多情况下，由于与被测样品8、导线、仪表等相关的因素的影响，即使在ΔT=0的情况下，所测量到的ΔU值也有一个小的偏差ΔU_偏，采用上述斜率法可以有效地消除这个偏差。

当然，利用上述样品座，也可以在测量热电势的同时，采用四线法测量被测样品8的电阻率。在这种情况下，图2中的恒流源43输出的电流I₀经过被测样品8时，在两组热电偶9和9′之间产生的电压降ΔV被两组热电偶9和9′中的铜线引出，并被一台纳伏电压表44（如图2所示）所测量，从而得到被测样品8的电阻R=ΔV/I₀，并进而得到被测样品8的电阻率ρ=R·A/L，其中A为被测样品8的垂直于电流I₀方向的横截面积，L为被测样品8上两个热电偶9和9′之间的距离。

以下结合实施例及附图对根据本发明的样品座、测试操作步骤、数据处理和测量效果做进一步说明。其中，图3中的样品杆15采用Janis ST-100-UHT型恒温器（Cryostat）的样品杆，电压表40、41和42采用Keithley2000型万用表，恒流源43采用Keithley6221型电流源，纳伏电压表44采用Keithley2182A型纳伏电压表。其中，Keithley6221型电流源通过GPIB通信接口与计算机33相连，通过RS-232通信接口与Keithley2182A型纳伏电压表相连。

实施例1：测量构成T型热电偶负极的康铜合金片（美国Omega公司制造）在100K—600K温度区间内的热电势随温度的变化，康铜片的厚度为0.25mm。

1）如图1所示，将两组T型热电偶9和9′用银胶固定在被测样品8的两端。

2）按照图1所示，使用不锈钢螺丝11、环状陶瓷垫片12和绝缘陶瓷管13将样品座的基座2、绝缘垫片3和第一压块4组装起来。

3）将被测样品8置于样品座的第一压块4上，被测样品8的两端分别用两个第二压块5固定；其中两个第二压块5上通过两个第三压块6分别固定有温差加热器7和7′。

4）将装好被测样品8的样品座连接到图3所示的样品杆15上，并用样品室14内的热电偶线将热电偶9和9′与T型样品热电偶接头23连接，用位于样品室14内的铜延长导线将温差加热器7和7′的接线端与电气接头18相连。

5）将图3中的样品杆15装到样品室14上。

6）开启图2中的机械泵28及分子泵27，等待样品室14的真空度达到1×10^-5托，该真空度由图2中的真空计31测量。

7）通过图2中的液氮罐32向图3中样品杆15的液氮注入口16内灌注液氮，使得被测样品8的温度冷却到100K左右。

8）开启计算机33中的计算机控制程序，设定测定模式为单独测量热电势模式，确定样品杆末端20的测量起始温度点、温度间隔等参数。程序开始运行后，当被测样品8的温度稳定在某个平衡值T_ave后，程序开始热电势测量周期，以图5所示的实测数据为例，在前半个周期，开启被测样品8一端的温差加热器7（或者7′）（此时被测样品8另一端上的温差加热器7′（或者7）是关闭的），计算机33记录被测样品8两端的温度（图5（a）所示）、温差ΔT（图5（b）所示）和热电电压ΔU（图5（c）所示）随时间的变化，该升温阶段被标记为H1；当ΔT达到某个设定值ΔT_设定（通常为3K-4K）后，关闭该温差加热器7（或者7′）（此时被测样品8另一端上的温差加热器7′（或者7）仍是关闭的），继续记录ΔU和ΔT在降温阶段随时间的变化，这个降温阶段被标记为C1；等到ΔT的值小于某个设定值ΔT_平衡后，程序开启被测样品8另外一端的温差加热器7′（或者7）（此时被测样品8的所述一端上的温差加热器7（或者7′）是关闭的），当ΔT达到某个设定值ΔT_设定后，再次关闭这个温差加热器7′（或者7）（此时被测样品8的所述一端上的温差加热器7（或者7′）仍是关闭的）以进入降温阶段，在这个过程中，计算机33同样记录下半个测量周期中ΔU和ΔT随时间的变化，其中ΔT的增加和下降阶段被分别标记为升温段H2和降温段C2。

9）计算机33按照步骤8）的方式完成温度范围内所有设定温度点下的测量，结束程序。

10）数据处理：以图5中所示的数据为例，将升温段（H1和H2段）和降温段（C1和C2段）的数据分别合并起来，然后将升温段和降温段的ΔU-ΔT分别作图，得到线性关系，经过最小二乘法线性拟和，得到斜率（ΔU/ΔT），其中从升温段和降温段数据获得的斜率分别为40.8μV/K和40.7μV（图6），它们的拟合调整决定系数（Adjusted determination coefficient）分别为0.9999和0.9998；事实上，上述两个斜率是从四段数据（H1，C1，H2和C2）中导出的，两者大小的一致性和高的拟合优度说明：1）测量系统（特别是根据本发明的样品座）在测量中保持了稳定；2）被测样品8本身在测量中保持了稳定；3）测量本身具有很高的可靠性，最后的测量结果将反映这四段数据的平均贡献；反之，如果这两个斜率有较大区别或者拟合调整决定系数的值过小，则说明被测样品8本身或者测量系统（特别是样品座）在测量过程中可能发生了变化，测量的可靠性需要慎重对待。例如，图7显示了一种测量不稳定样品的情况，其中，单独从H1段数据拟合的斜率为S1,由于样品在H1阶段的加热过程中发生了变化，单独从H2段数据拟合的斜率为S2，由于S1≠S2,因此对H1和H2阶段的合并数据不可能进行一个好的线性拟合,即不可能得到一个高的调整决定系数，换句话说，较低的调整决定系数可能预示着材料本身可能存在问题，当然在被测样品稳定的前提下，较低的调整决定系数则表明测量的某个环节可能出现了问题。总之，使用带有双温差加热器的样品座为判断所获得数据的可靠性提供了帮助。

接下来，根据下面的公式（引自A.T.Burkov,in:D.M.Rowe(Eds)Thermoelectrics handbook:Macro to nano,CRC Press,Boca Raton,2006,chapter22，Eq.(22.6）（D.M.罗威主编《热电手册：从宏观到纳米》（2006年版）内，作者A.T.布科夫所著第22章中的公式（22.6）））计算出铜导线在温度为T_ave时的热电势：

$S_{\mathrm{Cu}}\left(T\right)=0.041T[\exp (-\frac{T}{93})+0.123-\frac{0.442}{1+{\left(\frac{T}{172.4}\right)}^3}]+0.804$

70K<T<1000K （4）

最后，从前面得到的两个斜率出发，利用公式（3）和（4）可以导出从升温段和降温段数据获得的被测样品8的热电势，两者的平均值作为被测样品8的热电势测量值。

图8显示了测量到的康铜热电势随温度变化的情况，并将其与文献值进行了比较，文献值由下式计算得到：

S_Con(T)=S_Cu(T)-S_Cu/Con(T) （5）

其中，S_Cu由公式（4）确定，S_Cu/Con代表T型热电偶的热电势，它是根据R.E.Bentley（R.E.本特利）所著的Handbook of Temperature Measurement(Volume3)：Theory and Practice of Thermoelectric Thermometry（Springer-Verlag,Singapore,1998）（《温度测量手册（第三卷）：热电测温法理论和实践》）一书中的第27页表2-2中所提供的离散数据经拟合得到的，拟合结果为：

S_Cu/Con(T)=4.37184+0.1676T-1.84371×10^-4T²+1.2244×10^-7T³-4.47618×10^-11T⁴

-73.15K<T<673.15K （6）

其中，拟合的最大残差小于0.15μV/K。图8的结果表明，在100K—600K的温度范围内，使用根据本发明的测量结果与文献值之间的相对误差小于4%。需要注意的是，从升温段和降温段获得的热电势值非常一致，为简洁起见，两者的平均值未显示在图8中。

实施例2：在100K—600K温度区间内同时测量铂金属片的电阻率和热电势的变化

1）如图1所示，将两组T型热电偶9和9′用银胶固定在被测样品8的两端。

2）在两组T型热电偶9和9′的更外端，用银胶分别固定两根铜线10于被测样品8上，作为测量电阻时连接恒流源43的导线。

3）使用不锈钢螺丝11、环状陶瓷垫片12和绝缘陶瓷管13将样品座的基座2、绝缘垫片3和第一压块4组装起来。

4）将被测样品8置于样品座的第一压块4上，被测样品8的两端分别用两个第二压块5固定，其中两个第二压块5上通过两个第三压块6分别固定有温差加热器7和7′。

5）将装好被测样品8的样品座连接到图3所示的样品杆15上，并用位于样品室14内的热电偶线将热电偶9和9′与T型样品热电偶接头23连接，用样品室14内的铜延长导线将温差加热器7和7′与电气接头18相连。

6）将图3中的样品杆15安装到样品室14上。

7）开启图2中的机械泵28及分子泵27，等待样品室14的真空度达到1×10^-5托，该真空度由图2中的真空计31测量。

8）通过图2中的液氮罐32向样品杆15的液氮注入口16内灌注液氮，使得被测样品8的温度冷却到100K左右。

9）开启计算机33中的计算机控制程序，设定测量模式为同时测量热电势和电阻率模式，确定样品杆末端20的测量起始温度点，程序开始运行后，当样品的温度稳定在某个平衡值T_ave后，使用恒流源43和纳伏电压表44测量被测样品8的电阻。需要说明的是，在这里采用了Keithley6221电流源/Keithley2182A纳伏表所提供的三步Delta模式来测量电阻。

电阻测量结束后，即转入热电势测量周期，在前半个测量周期，开启被测样品8一端的温差加热器7（或者7′）（此时被测样品8另一端上的温差加热器7′（或者7）是关闭的），计算机33记录被测样品8两端的温度、温差ΔT和热电电压ΔU随时间的变化，该升温阶段被标记为H1；当ΔT达到某个设定值ΔT_设定（通常为3K-4K）后，关闭温差加热器7（或者7′）（此时被测样品8另一端上的温差加热器7′（或者7）仍是关闭的），继续记录ΔU和ΔT在降温阶段随时间的变化，这个降温阶段被标记为C1；等到ΔT的值小于某个设定值ΔT_平衡后，程序开启被测样品8另外一端的温差加热器7′（或者7）（此时被测样品8的所述一端上的温差加热器7（或者7′）是关闭的），当ΔT达到某个设定值ΔT_设定后，再次关闭这温差个加热器7′（或者7）（此时被测样品8的所述一端上的温差加热器7（或者7′）仍是关闭的），在这个过程中计算机33同样记录下半个测量周期中ΔU和ΔT随时间的变化，其中ΔT的增加和下降阶段被分别标记为升温段H2和降温段C2。

10）计算机33按照步骤9）的方式完成温度范围内所有设定温度点下的测量，结束程序。

热电势数据的处理方法与实施例1相同。图9和图10分别显示了测量到的铂热电势和电阻率与文献值之间的比较，可以看出，测量结果与文献值非常接近，需要指出的是，为简洁起见，从升温段和降温段获得的热电势的平均值未显示在图9中。图9和图10所引的文献分别为：J.P.Moore et al,J.Appl.Phys.44(3),1174(1973)（J.P.穆尔等所著,应用物理杂志，44卷第3期,1174页（1973年）），Handbook of precious metals,edited by E.M.Savitskii(Hemisphere Publishing Corp.,New York,1989)，p.94.（E.M.萨维斯基编辑的《贵金属手册》（半球出版社，纽约，1989年）中第94页），和A.T.Burkovet al,Meas.Sci.Technol.12，264(2001)（A.T.布科夫等所著，测量科学与技术，12卷，264页（2001年））。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种用于测量样品的热电性能的样品座，该样品座包括基座（2）、绝缘垫片（3）、两个第一压块（4）、两个第二压块（5）、两个第三压块（6）和两个温差加热器（7和7′），其中：

所述基座（2）上铺设所述绝缘垫片（3），所述两个第一压块（4）间隔安装在所述绝缘垫片（3）上，所述两个第二压块（5）分别位置相对地叠压在所述两个第一压块（4）上，被测样品（8）悬置并且两端分别固定在所述第一压块（4）与所述第二压块（5）之间，所述两个第三压块（6）分别位置相对地叠压在所述两个第二压块（5）上，各个所述第二压块（5）与所述第三压块（6）之间分别放置一个所述温差加热器（7或7′）。

2.根据权利要求1所述的样品座，其中，所述两个第一压块（4）在所述绝缘垫片（3）上平行地间隔设置并且各个所述第一压块（4）的两端分别通过第一紧固件（11）固定安装到所述基座（2）上，所述被测样品（8）的端部压接于所述第一压块（4）的顶面中部和所述第二压块（5）的底面中部。

3.根据权利要求2所述的样品座，其中，所述第一紧固件（11）与所述基座（2）之间布置有陶瓷垫片（12）和绝缘陶瓷管（13），以使所述第一紧固件（11）与所述基座（2）之间绝缘。

4.根据权利要求1所述的样品座，其中，该样品座还包括第二紧固件和第三紧固件，所述第二紧固件连接所述第一压块（4）和所述第二压块（5），所述第三紧固件连接所述第二压块（5）和第三压块（6）以固定所述温差加热器（7和7′）。

5.根据权利要求1所述的样品座，其中，所述温差加热器（7和7′）置于所述第二压块（5）的顶面中部和所述第三压块（6）的底面中部。

6.根据权利要求1所述的样品座，其中，所述绝缘垫片（3）是能够在所述基座（2）与所述第一压块（4）之间形成热传导和电绝缘并且能够耐受所述样品座上的温度的材料。

7.根据权利要求6所述的样品座，其中，所述绝缘垫片（3）为氮化硼。

8.根据权利要求1所述的样品座，其中，所述第三压块（6）具有避免所述第三压块（6）在使用过程中变形的强度。

9.一种利用权利要求1至7中任一权利要求所述的样品座对样品的热电性能进行测试的方法，该方法包括：

将固定了所述被测样品（8）的所述样品座置于为真空的样品室中，其中所述被测样品（8）的两端上分别固定有温度检测元件（9和9′）和热电电压输出端（9和9′）；

交替地启动和关闭位于所述被测样品（8）的两端上的所述温差加热器（7和7′）以使所述被测样品（8）交替地处于两端温度不均匀的升温阶段和降温阶段，并使用所述温度检测元件（9和9′）和所述热电电压输出端（9和9′）来获取所述升温阶段和所述降温阶段中所述被测样品（8）两端的温度差和热电电压，直到在设定温差范围中获得了多组所述温度差和所述热电电压为止；以及

依据在各个所述升温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第一热电势，依据在各个降温阶段中所获得的温度差和热电电压来获得第二热电势，并利用所述第一热电势和所述第二热电势来获得所述被测样品（8）的热电势。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述温度检测元件（9和9′）和所述热电电压输出端（9和9′）是热电偶。

11.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括：

向所述被测样品（8）中施加电流；

获得所述被测样品（8）两端的电压差；

利用所述电流和所述电压差来获得所述被测样品（8）的电阻率。