(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210902218.0 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 王嘉赋　陈树权　杨振　孙志刚　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 崔友明　官群 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G01N 25/00(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种块体材 料Peltier系数的测试方法 (57)摘要 本发明涉及一种块体材料Peltier系数的测 试方法， 具体步骤如下： 1)制备长方体形状的待 测样品， 在待测样品的一个侧面上顶端和底端位 置分别焊接一对 热电偶， 测试并计算两对热电偶 通电前的系统误差ΔT0， 然后通入恒定电流I测 试并计算两对热电偶之间的温差ΔTt， ΔTt减去 ΔT0得到该电流下的温差ΔT； 2)在COMSOL仿真 软件中根据待测样品参数建模， 获得相应电流下 的优化的边界热源系数B， 对不同恒定电流I和测 量得到的边界热源系数B线性回归， 所得回归曲 线截距即为Peltier系数Π。 本发明的测试方法 能够测出块体材料的Peltier系数， 并且考虑到 界面焦耳热的影响， 精确度高， 该测量方法还可 以应用于 磁场中。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115238508 A 2022.10.25 CN 115238508 A 1.一种块体材 料Peltier系数的测试 方法， 其特 征在于， 具体步骤如下： 1)制备长方体形状的待测样品， 将待测样品长度方向垂直于地面放置， 在待测样品的 一个侧面上顶端和底端位置 分别焊接一对热电偶用于测温， 并在待测样品上下表面分别制 作一个电极， 然后将所述待测样品安装到铜质热沉上， 先用温度测量仪器测试并计算两对 热电偶通电前的系统误差ΔT0， 然后在真空条件下通过电极导线向待测样品两端电极通入 恒定电流I， 300秒后待测样品的温度分布达到稳定状态， 此时测试并计算两对热电偶之间 的温差ΔTt， ΔTt减去ΔT0得到该电流下的温差 ΔT； 2)在COMSOL仿真软件中选择三维空间维度和热电效应物理场， 添加稳态研究， 然后根 据步骤1)所述待测样品建立相应的具有与待测模 型一致外形的热电器件几何模 型， 修改软 件内置的Peltier系数为边界热源系数B， 在 “全局参数 ”中定义边界热源系数B以及电流I， 并添加热电器件几何模型材料属性参数， 设置热电器件几何模型 的初始值和 边界条件， 通 过COMSOL仿真软件计算通入恒定电流I时待测样 品的温度场， 提取COMSOL仿真软件中稳态 的温差ΔTc， 通过不断调整 获得优化的边界热源系数B， 使得COMSOL仿真软件模拟的温差Δ Tc与步骤1)相同温度、 相同恒定电流I下实际测量 的温差ΔT一致， 调整恒定电流I 的值， 重 复上述步骤， 获得相应电流下 的优化的边界热源系 数B， 对不同恒定电流I和测量得到的边 界热源系数B线性回归， 得到回归曲线， 其截距即为Peltier系数Π。 2.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤1)所述 热电偶的热电偶丝的直径小于30微米， 长度30～40mm， 焊接在待测样 品顶端的热电偶到待 测样品上表面的距离与焊接在待测样品底端的热电偶到待测样品下表面的距离相等。 3.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤1)所述 电极厚度为0.1～0.5m m。 4.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤1)所述 温度测量仪器测量精度为 ±0.02K， 对于稳态温度的测量， 数据采集 点不小于20个。 5.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤1)所述 电极导线直径小于 0.1mm， 长度为 40～50mm。 6.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤2)所述 热电效应物理场由固体传热物理场和电流物理场耦合得到 。 7.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤2)所述 热电器件几何模型材料属性参数为所述待测样品的性能参数， 具体为电导率、 热导率、 Seebeck系数、 恒压热容、 密度以及相对介电常数。 8.根据权利要求1所述的块体材料Peltier系数的测试方法， 其特征在于， 步骤2) COMSOL仿真软件模拟的温差ΔTc与步骤1)相同温度、 相同恒定电流I下实际测量的温差ΔT 一致， 要求满足以下公式： (ΔTc‑ΔT)/ΔT<0.01。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115238508 A 2一种块体材料Pelti er系数的测试方 法 技术领域 [0001]本发明属于应用热方法测试或分析材料技术领域， 具体涉及一种块体材料 Peltier系数的测试 方法。 背景技术 [0002]热电材料具有独特的Peltier效应， 可以通过温差 发电， 也可以通过电能直接泵浦 热能， 热电材料的Peltier系数的定义为： 通电接头在单位时间内释放的热量与电流的比 值， 该Peltier系数 可以用于 评价热电材 料制冷的能力。 [0003]在热电效应中， Peltier系数Π定义 为公式(1)所示： [0004]dQ/dt＝ΠI     公式(1) [0005]其中dQ/dt为热电材料与电极的接触面在单位时间内的吸热或放热量， I为通入的 电流。 该公式从功率的角度描述了Peltier效应， 因此可以通过测量热流间接得到Peltier 系数。 [0006]目前没有专门用于测量Peltier系数的商业设备， 一般选择将Seebeck系数 间接转 化为Peltier系数， 该关系式通常被称之为K elvin第二关系式， 如公式(2)所示： [0007]Π＝α T公式(2) [0008]其中Π为Peltier系数， α 为Seebeck系数， T为测试样品的平均温度， 该公式在磁场 下不成立。 [0009]北陆先端科学技术大学院大学的KOYANO等人在2009年使用尖端接触， 并通过交直 流的方法测量了(Bi,Sb)2Te3的Peltier系数， 但是该方法测量的Peltier系数仅仅局限于接 触点， 无法测量块体的Peltier系数。 Max  Planck微观结构物理研究所的Hilmar等人利用 Lock‑in热成像的方法测量了多晶硅太阳能电池板的Peltier系数， 该方法只能测量薄膜材 料， 而且测量结果受到样品表 面发射率影 响。 巴伦西亚大学的GARRIDO等人在2009～2013年 期间使用能量平衡的关系测量了热电模组的Peltier系数， 热电模组为多组P /N型热电材料 构成Π型热电臂， 所以该Peltier系数是P/N型两种热电材料的差值， 不是单一材料的 Peltier系数， 并且该测量方法没有考虑界面焦耳 热的影响。 发明内容 [0010]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足， 提供一种块体材 料Peltier系数的测试 方法。 [0011]为解决上述 技术问题， 本发明提供的技 术方案是： [0012]提供一种块体材 料Peltier系数的测试 方法， 具体步骤如下： [0013]1)制备长方体形状 的待测样品， 将待测样品长度方向垂直于地面放置， 在待测样 品的一个侧面上顶端和底端位置分别焊接一对热电偶用于测温， 并在待测样品上下表面分 别制作一个电极， 然后将所述待测样品安装到铜质热沉上， 先用温度测 量仪器测试并计算 两对热电偶通电前的系统误差ΔT0(两端温差)， 然后在真空条件下通过电极导线向待测样说　明　书 1/4 页 3 CN 115238508 A 3