热电偶以及由多个热电偶级联构成的热电堆，是一种传统的非接触式热传感器，其基本原理是利用导体或半导体的Seebeck效应，将温度梯度转变为电压输出信号。热电堆器件未来的发展方向是采用更高性能的热电材料，与先进半导体技术紧密结合，进一步提高器件精度并小型化。基于石墨烯优良的、独特的热电学特性，石墨烯热电堆器件有比现有的硅热电堆器件具有更高灵敏度的潜力。随着工艺的进步，通过进一步减小介质上石墨烯的电阻率和复合结构的总厚度、甚至提高石墨烯Seebeck系数，石墨烯热电堆器件的灵敏度将有很大的提高空间。石墨烯热电堆同时具有使用简单、成本低、可靠性高、应用范围特别广泛的优点。 本项目重点围绕石墨烯材料的特点，充分发挥其材料的优势，研究开发相应的热电堆器件结构和制造技术，对石墨烯热电堆器件的工作原理、加工工艺和测试技术进行深入研究，并对其相关特性进行剖析，进一步发现和解决石墨烯热电堆器件的若干问题，为石墨烯热电堆器件的应用打下坚实的基础。 项目深入研究了石墨烯热电堆器件的制备工艺流程，获得了热电偶并联、串联等多种结构的石墨烯热电堆器件。通过工艺优化，将影响器件性能的重要参数之一----接触电阻降低到500Ω•μm。针对多个试验样品的实验测试结果表明，当栅控电压在-1 V左右时，石墨烯热电堆的Seebeck系数最大值在50-75μV/K 之间；当栅控电压在0.8 V左右时，Seebeck系数的最小值在-25~-55μV/K 之间。通过静电法成功地实现了对石墨烯Seebeck系数的调控和反相，验证了项目提出的石墨烯热电堆工作和检测基本原理的正确性。 2100433B

石墨烯材料具有很高的Seebeck系数和很低的电阻率，但由于其热导率也很高，所以一般认为用石墨烯材料制作的热电堆红外传感器难以达到较高的灵敏度。但是，本项目基于石墨烯超薄的原子层量级厚度，及其独特的热电学特性，提出将石墨烯与低热导率材料相结合构成复合热敏感膜，在保持石墨烯Seebeck系数和电阻率方面的优势的同时，极大降低复合热敏感结构的热导率，达到大幅度提高石墨烯热电堆器件优值和灵敏度的目的。同时，根据石墨烯Seebeck系数及其符号与外加偏置电压的相关性，本项目提出一种新的信号读出方案，使传统热电堆的直流信号输出变为交流信号输出，进一步降低石墨烯热电堆传感器系统的噪声。开展本项目的研究，不仅能够推动石墨烯在热电领域的研究和应用，发展新型的高精度热电堆器件，使热电堆的应用范围扩展到环境监测、军事、航天等高端领域，还有助于中国在该领域内拥有相关自主知识产权。

热电堆是一种热释红外线传感器 ，它是由热电偶构成的一种器件。它在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品温度检测等领域中，作为温度检测器件获得了广泛的应用。

由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势是互相叠加的。

用于测量小的温差或平均温度。

热电堆的结构：辐射接收面分为若干块，每块接一个热电偶，把它们串联起来，就构成热电堆。按用途不同，实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型，亦可制成多通道型和阵列型器件。

石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 

中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益 。2100433B

热电堆是由多个热电偶的串联而成。

热电堆的结构：辐射接收面分为若干块，每块接一个热电偶，把它们串联起来，就构成热电堆。按用途不同，实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型，亦可制成多通道型和阵列型器件。