正文
本篇介绍薄膜热电偶的材料属性定义,以及如何在壳模型中配置多层材料堆叠。
1. 材料体系
K 型热电偶由 NiCr(镍铬,正极)和 NiSi(镍硅,负极)两种材料组成。在 COMSOL 中分别创建两种材料,并赋予全部所需属性。
NiSi 材料参数(mat3 /mat6):
表格
| 密度 | rho | 8585 | kg/m³ |
| 导热系数 | k_iso | 16 | W/(m·K) |
| 恒压热容 | Cp | 500 | J/(kg·K) |
| 电导率 | sigma | 1.11e6 | S/m |
| 塞贝克系数 | S_iso | -19e-6 | V/K |
| 相对介电常数 | epsilon | 6 | 1 |
NiCr 材料参数(mat4 /mat5):
表格
| 密度 | rho | 8500 | kg/m³ |
| 导热系数 | k_iso | 16 | W/(m·K) |
| 恒压热容 | Cp | 450 | J/(kg·K) |
| 电导率 | sigma | 9.09e5 | S/m |
| 塞贝克系数 | S_iso | 22e-6 | V/K |
| 相对介电常数 | epsilon | 6 | 1 |
注意塞贝克系数的符号差异:NiCr 为正(+22 μV/K),NiSi 为负(-19 μV/K),两者温差电动势叠加,这是 K 型热电偶输出信号的来源。
2. 壳材料厚度设置
由于采用壳模型,需要在材料节点中额外指定壳厚度:
- NiCr(mat5):厚度 lth = 800 [nm]
- NiSi(mat6):厚度 lth = 800 [nm]
- 坐标系选择「边界坐标系 1」,位置「底边在边界」
3. 多层材料堆叠(Layered Material)
在热结点环形区域,NiCr 和 NiSi 薄膜上下堆叠,因此需要创建多层材料堆叠节点。
多层材料堆叠 1(stlmat1):
- 边界选择:中心内圆区域(边界 4)
- 总厚度 ds = 1.6E-6 m(即两层 800nm 薄膜之和)
- 坐标系:边界坐标系 1,位置「底边在边界」
- 材料明细包含:塞贝克系数(Multiple)、相对介电常数(Multiple)、恒压热容(Multiple)等,各层取对应材料的值
多层材料堆叠 2(stlmat2):
- 边界选择:环形过渡区(边界 3)
- 总厚度同样为 1.6E-6 m
- 配置与 stlmat1 一致

4. 材料分配总结
表格
| NiSi 引线 | 1 (mat6) | NiSi 单层壳,800nm |
| NiCr 引线 | 2 (mat5) | NiCr 单层壳,800nm |
| 环形过渡区 | 3 (stlmat2) | NiCr/NiSi 多层堆叠,1.6μm |
| 中心热结点 | 4 (stlmat1) | NiCr/NiSi 多层堆叠,1.6μm |
5. 关键注意事项
下一篇将介绍壳传热物理场的设置,重点是高斯激光脉冲沉积边界条件。



