科创中国
谐波法材料热电物性测量技术
发布时间: 2023-08-31
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
实用新型专利
行业领域：
新材料技术,高技术服务业,新能源及节能技术,新材料产业,新能源产业,科学研究和技术服务业
成果介绍
中科院工程热物理所从05年起从事谐波法材料热电物性测量技术研究，已掌握利用该技术测量纳米到宏观各类单根纤维、薄膜及体材料的热导率、热扩散率、蓄热系数、热电优值、赛贝克系数及电导率。获授权该技术国家专利28项，软件著作权1项。先后为多家科研院所研制了热物性测量设备。11年研制了聚酰亚胺薄膜独立探测器，实现了该技术的可转移。18年研制了蓝宝石衬底的独立探测器，克服聚酰亚胺独立探测器已损坏、不耐温及测量时间成本高的难题。20年研制了世界首套多维跨尺度材料热性能分析仪，并用该设备为40多家科研单位企业开展了服务
仪器指标：
1可测参数及范围：热电优值（***）、热导率（*** W/（***））、电导率（0. 1-600000 S/cm）、塞贝克系数（10-5 -10 V/K）、蓄热系数（1-500 ***（***）
2. 可测材料、尺度及温度范围：微纳单根纤维（直径>50nm长度>1μm）微纳薄膜（单层以上，长宽>1μm） 、块体 、流体及粉体。室温~1500K
3. 测量误差：热电优值和蓄热系数≤±6%热导率和塞贝克≤±5%电导率≤±±3%温度≤±***%
成果亮点
“热功能材料”已广泛应用于微/光电子散热等领域。材料的热/电物理性质是评价其性能的关键参数。常规体材料的热导率、塞贝克、电导率可通过热导仪和塞贝克系数仪分别表征。但对于热电优值、蓄热系数和热障涂层的热导率，目前只能通过计算获得。多次制样分别测量导致误差较大。且闪光法要求样品必须独立，而将热障涂层从基体上剥离时极易碎裂，制样非常困难。且商用仪器被美、德国垄断，存在禁运风险。更重要的是微/纳米结构化是提升材料热/电性能，实现优异输运功能的最有效方法，但商用仪器对微纳材料无法。实验室通过分别表征热学和电学性能，会因为多次制样的纳米结构不同导致错误ZT计算结果。我国每年对于材料热电物性表征仪器的采购额约占全球的1/4（约***亿元）
本项目结合谐波探测技术和微纳加工技术，针对材料尺度、种类及测量需求，通过模块化设计制备特定探测器，研制了多维跨尺度材料热/电性能分析仪。在一台仪器上实现多维跨尺度材料热/电参数原位直接测量、体材料热导率及蓄热系数快速测量
团队介绍
郑兴华，研究员/博导。主持有关谐波探测技术的国家自然基金、中科院仪器研制等7项，研发出系列谐波法热电物性测量系统。其中中科院仪器研制项目“多维跨尺度材料热性能分析仪”20年综合验收评价为A。仪器连续四年入选中科院自主科研仪器名录。授权谐波探测技术专利28项，实审发明专利10项，PCT1项。
陈海生，研究员/博导。国家杰青，牛顿高级学者，中科院百人，中科院优秀青年科学家，中组部“万人计划”青年拔尖人才，英国能源学会会士。主要从事大规模压缩空气储能、限定空间尺度的流动与传/储热、先进储能材料性能表征等方面的研究工作。荣获科学探索奖、中国青年科技特别奖、北京市科学技术一等奖、中科院产业转化一等奖、侯德榜青年科技奖等。
张挺，研究员/博导。主要从事高性能柔性热电/压电/储氢纤维研发工作。主持/参与中科院人才计划、国家自然基金、中科院轻型动力创新研究院创新基金、新加坡教育基金项目等10余项。获授权国际发明专利3项。
杨啸，博士/助研。主要从事微纳材料热电物性表征及热整流研究工作。授权发明专利4项。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”双碳产业科技服务团 (中国工程热物理学会) 评价时间：2023-11-29
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