同样，当两个热电极材 料的赛贝克系数不一致时就会在两个热电极的冷锻形成可W感知的热电势差值。
[0032] SrTi化作为一种典型的η型氧化物热电材料，具有环境友好和高溫性能稳定等优 点，通过渗杂高价离子可W成为良好的电子导体。尤其是在高溫条件下表现的尤为突出。同 时，由于渗杂后载流子散射机制变化而导致电学性能改变，材料的费米能级和本征赛贝克 系数均发生改变。因此，我们选用两种不同渗杂的铁酸锁薄膜作为薄膜热电偶的两组热电 极材料，就能够构成能够在高溫下稳定工作的薄膜型热电偶。
[0033]下面结合和具体实施例对本发明做进一步说明，本发明不限于W下实施例。
[0034] 实施例1
[0035]选取La、M3两种不同元素渗杂的铁酸锁薄膜作为薄膜热电偶的两组热电极材料， 渗杂浓度均为1%，分别记作LST1和NST1，采用磁控瓣射技术在厚度为2mm的氧化侣基片上 进行薄膜的沉积和制备。首先，合成出与设计组份完全相同的氧化物陶瓷祀材用于薄膜的 瓣射。通过调整瓣射工艺中的瓣射气压(5化）、氧氣比（1:6)和瓣射功率（120w)，瓣射8小时 获得厚度为5微米、热电极的长度为20cm，热电极的宽度为0.6cm，具有U型结构的LST1-NST1 薄膜型热电偶，两个热电极之间热端重合区长度为1.5cm。最后，将制备得到的薄膜热电偶 在800°C热处理3小时，最终获得能够在高溫氧化气氛下稳定工作的氧化物薄膜型热电偶。
[0036] 实施例2
[0037]选取Dy、师两种不同元素渗杂的铁酸锁薄膜作为薄膜热电偶的两组热电极材料， 渗杂浓度分别为5%和2%，分别记作DS巧和NST2,采用磁控瓣射技术在厚度为5mm的氧化侣 基片上进行薄膜的沉积和制备。首先，合成出与设计组份完全相同的氧化物陶瓷祀材用于 薄膜的瓣射。通过调整瓣射工艺中的瓣射气压（lOPa)、氧氣比（1:4)和瓣射功率（150W)，瓣 射7小时获得厚度为5微米、热电极的长度为15cm，热电极的宽度为0.5cm，具有U型结构的 DST5-NST2薄膜型热电偶，两个热电极之间热端重合区长度为1.5cm。最后，将制备得到的薄 膜热电偶在850°C热处理2.5小时，最终获得能够在高溫氧化气氛下稳定工作的氧化物薄膜 型热电偶。
[003引实施例3
[0039]选取La、Ca两种不同元素渗杂的铁酸锁薄膜作为薄膜热电偶的两组热电极材料， 渗杂浓度分别为5%和10%，分别记作LS巧和CST10,采用化学溶液沉积技术进行薄膜的沉 积和制备。首先，分别合成出符合化学计量比的渗La和渗化的铁酸锁溶胶前驱体溶液(溶液 浓度为〇.4mol/L)，采用旋涂工艺进行薄膜的制备。先旋涂制备LST5薄膜，然后再制备CST10 薄膜。设定薄膜的旋涂转速为2500rpm，每次旋涂得到的湿膜先后在400°C干燥5分钟、650°C 热处理10分钟后再重复进行旋涂沉积，每个热电极均重复15次，获得厚度为1微米、热电极 的长度为10cm，热电极的宽度为0.3畑1，具有11型结构的1^5了5-〔51'10薄膜型热电偶，两个热电 极之间热端重合区长度为1.2cm。最后，将制备得到的薄膜热电偶在900°C热处理4小时，最 终获得能够在高溫氧化气氛下稳定工作的氧化物薄膜型热电偶。
[0040] 实施例4
[0041]选取La、M3两种不同元素渗杂的铁酸锁薄膜作为薄膜热电偶的两组热电极材料， 渗杂浓度分别为5%和2%，分别记作LS巧和NST2,采用丝网印刷工艺在厚度为3mm的氧化侣 陶瓷基板上沉积薄膜热电极。用于丝网印刷的陶瓷浆料分别由符合化学计量比的渗La铁酸 锁化ST5)和渗Nb铁酸锁(NST2)的陶瓷粉体构成。粉体的粒度均为lOOnm，采用乙基纤维素和 松油醇1:2的混合溶液作为有机溶剂，将陶瓷粉体按照1:1的比例加入到有机物中并进行强 力揽拌混合，作为用于丝网印刷的陶瓷浆料。选取热电极长度为25畑1，宽度为0.8畑1，热端重 合区长1.5cm的U型结构掩模板进行薄膜热电极的丝网印刷制备，所用网版为200目。先在基 板上印刷LS巧薄膜，然后再印刷NST2薄膜，两种薄膜材料都沉积结束W后，将薄膜样品在马 弗炉中1100°C热处理4小时，升溫速度保持在3°C/min，最终制备出薄膜厚度为20微米的具 有U型结构的渗杂铁酸锁薄膜型热电偶。
[0042] 实施例5
[0043]选取两组不同La渗杂浓度的铁酸锁薄膜作为薄膜热电偶的两组热电极材料，渗杂 浓度分别为1%和15%，分别记作LST1和LST15,采用磁控瓣射技术进行薄膜的沉积和制 备。首先，合成出与设计组份完全相同的氧化物陶瓷祀材用于薄膜的瓣射。通过调整瓣射工 艺中的瓣射气压(5化）、氧氣比（1:4)和瓣射功率(150w)，瓣射8小时获得厚度为5微米、热电 极的长度为20畑1，热电极的宽度为0.6畑1，具有11型结构的1^51'1-1^51'15薄膜型热电偶，两个热 电极之间热端重合区长度为1.5cm。最后，将制备得到的薄膜热电偶在1000°C热处理3小时， 最终获得能够在高溫氧化气氛下稳定工作的氧化物薄膜型热电偶。
【主权项】
1. 一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，包括设置在陶瓷基片上的两个热电极， 两个热电极的材料分别为两种不同元素掺杂的钛酸锶薄膜;或者两个热电极的材料均为同 种元素掺杂的钛酸锶薄膜，且两个热电极中元素掺杂含量不同。2. 根据权利要求1所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，掺杂元素为La、 Nb、Sc、Ca、Al、In、Ce、Dy、Zn或Μη。3.根据权利要求1所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，掺杂元素的含量 为0·l_15%mol〇4. 根据权利要求3所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，同种元素掺杂的 钛酸锶薄膜作为两个热电极材料时，两个热电极材料中元素掺杂含量分别取该元素在钛酸 锶中的最大掺杂量和最小掺杂量。5. 根据权利要求1所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，所述两个热电极 是沿陶瓷基片中心线呈镜像对称设置，两个热电极搭接形成U型结构或V型结构。6. 根据权利要求4所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，每个热电极的长 度在8-30cm，宽度为0.2-1.55cm，厚度为0.3-20μπι，两个热电极搭接重合区的长度为0.5-3cm〇7. 根据权利要求1所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，所述的陶瓷基片 为氧化铝、莫来石或SiC的结构陶瓷。8. 根据权利要求1所述的一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，其特征在于，所述的两个热电 极采用磁控溅射、丝网印刷、脉冲激光沉积或者化学溶液法，在陶瓷基片上沉积成薄膜型热 电极，再经过600-1100°C热处理制得。
【专利摘要】本发明涉及一种掺杂钛酸锶薄膜型热电偶，是采用两组不同掺杂钛酸锶薄膜作为热电偶的热电极材料，采用磁控溅射、丝网印刷或者化学旋涂工艺，在高温陶瓷基片上沉积制备可用于高温温度测量的掺杂钛酸锶氧化物薄膜热电偶。该薄膜热电偶采用直接贴装或者涂覆在陶瓷基片表面，可用于高温氧化气氛中的温度测量，能够在1200℃-1500℃高温下长期稳定工作。
【IPC分类】G01K7/04
【公开号】CN105444911
【申请号】CN201510771506
【发明人】史鹏, 任巍, 田边, 蒋庄德
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月12日