半導(dǎo)體制冷

技術(shù)簡(jiǎn)介材料是當(dāng)今世界的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是近幾十年來隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，材料的發(fā)展更是日新月異，新材料層出不窮，其中半導(dǎo)體制冷材料就是其中的一個(gè)新興的熱門材料，其實(shí)半導(dǎo)體制冷技術(shù)早在二十世紀(jì)三十年代就已經(jīng)出現(xiàn)了，但其性能一直不盡如人意，

折疊編輯本段器件分類半導(dǎo)體制冷器件大致可以分為四類(1)用于冷卻某一對(duì)象或者對(duì)某個(gè)特定對(duì)象進(jìn)行散熱，這種情況大量出現(xiàn)在電子工業(yè)領(lǐng)域中;(2)用于恒溫，小到對(duì)個(gè)別電子器件維持恒溫 ，大到如制造恒溫槽，空調(diào)器等;(3)制造成套儀器設(shè)備，如環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱，小型冰箱，各種熱物性測(cè)試儀器等;(4)民用產(chǎn)品，冷藏烘烤兩用箱，冷暖風(fēng)機(jī)等。折疊編輯本段工作原理熱電制冷是具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料，在通過直流電時(shí)具有制冷功能，由于半導(dǎo)體材料具有最佳的熱電能量轉(zhuǎn)換性能特性，所以人們把熱電制冷稱為半導(dǎo)體制冷。半導(dǎo)體制冷是建立于塞貝克效應(yīng)、珀?duì)柼?yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)、傅立葉效應(yīng)共五種熱電效應(yīng)基礎(chǔ)上的制冷新技術(shù)。其中，塞貝克效應(yīng)、帕爾貼效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)三種效應(yīng)表明電和熱能相互轉(zhuǎn)換是直接可逆的，另外兩種效應(yīng)是熱的不可逆效應(yīng)。(1)塞貝克效應(yīng)，1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)在用兩種不同導(dǎo)體組成閉合回路中，當(dāng)兩個(gè)連接點(diǎn)溫度不同時(shí)，導(dǎo)體回路就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(電流)。(2)珀?duì)柼?yīng)，珀?duì)柼?yīng)是塞貝克效應(yīng)的逆過程。由兩種不同材料構(gòu)成回路時(shí)，回路的一端吸收熱量，另一端則放出熱量。(3)湯姆遜效應(yīng)，若電流過有溫度梯度的導(dǎo)體，則在導(dǎo)體和周圍環(huán)境之間將進(jìn)行能量交換。(4)焦耳效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)由穩(wěn)定電流產(chǎn)生的熱量等于導(dǎo)體電阻和電流平方的乘積。(5)傅立葉效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過均勻介質(zhì)沿某一方向傳導(dǎo)的熱量與垂直這個(gè)方向的面積和該方向溫度梯度的乘積成正比。折疊編輯本段實(shí)際應(yīng)用折疊技術(shù)領(lǐng)域?qū)t外探測(cè)器，激光器和光電倍增管等光電器件的制冷。比如，德國(guó)Micropelt公司的半導(dǎo)體制冷器占用面積非常小，只有1mm2，可以和激光器一起使用TO封裝。折疊農(nóng)業(yè)領(lǐng)域溫室里面過高或過低的溫度，都將導(dǎo)致秧苗壞死，尤其部分名貴植物對(duì)環(huán)境更加敏感，迫切需要將適宜的溫度檢測(cè)及控制系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。折疊醫(yī)療領(lǐng)域半導(dǎo)體溫控系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用更為廣泛。如:用于蛋白質(zhì)功能研究、基因擴(kuò)增的高檔PCR儀、電泳儀及一些智能精確溫控的恒溫儀培養(yǎng)箱等;用于開發(fā)具有特殊溫度平臺(tái)的掃描探針顯微鏡等。折疊激光領(lǐng)域激光技術(shù)用美容儀器，微型零件加工等，其在工作中都產(chǎn)生局部熱，通過半導(dǎo)體制冷器，采用水冷或微型制冷器冷卻。折疊裝置方面如實(shí)驗(yàn)用的顯微鏡攝像頭，冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測(cè)試裝置、各種恒溫、高低溫實(shí)驗(yàn)儀片折疊日常應(yīng)用空調(diào)、冷熱兩用箱、飲水機(jī)、電子信箱、電腦以及其他電器等。此外，還有其它方面的應(yīng)用，這里就不一一提了折疊編輯本段特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)半導(dǎo)體制冷器的尺寸小，可以制成體積不到1cm3的制冷器;重量輕，微型制冷器能夠做到只有幾十克甚至數(shù)克;無機(jī)械傳動(dòng)部分，工作中無噪音，無液態(tài)、氣態(tài)工作介質(zhì)，因而不污染環(huán)境，制冷參數(shù)不受空間方向以及重力影響，在大的機(jī)械過載條件下，能夠正常地工作;通過調(diào)節(jié)工作電流的大小，可方便調(diào)節(jié)制冷速率;通過切換電流方向，可使制冷器從制冷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹茻峁ぷ鳡顟B(tài);作用速度快，使用壽命長(zhǎng)，且易于控制。折疊編輯本段存在問題雖然半導(dǎo)體制冷的研究面臨諸多困難，但是可以欣喜地看到當(dāng)前研究仍然呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。到目前為止，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者從不同角度去提高半導(dǎo)體的制冷效率，展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)和實(shí)用性。但是半導(dǎo)體制冷的研究當(dāng)前還存在以下問題。(1)半導(dǎo)體制冷要想達(dá)到機(jī)械壓縮制冷相當(dāng)?shù)闹评湫剩牧系膬?yōu)值系數(shù)就必須提高。然而，直到現(xiàn)在，科學(xué)家對(duì)半導(dǎo)體制冷材料的研究并未有很大突破。半導(dǎo)體制冷溫差較小和制冷系數(shù)不高是半導(dǎo)體制冷的最大缺點(diǎn)，而材料的優(yōu)值系數(shù)不高導(dǎo)致這些缺點(diǎn)從而是阻礙半導(dǎo)體制冷發(fā)展的最主要因素，因此半導(dǎo)體材料的性能即優(yōu)值系數(shù)z還有待于進(jìn)一步的提高。(2)有關(guān)冷、熱端散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究較少。這使得半導(dǎo)體制冷的設(shè)計(jì)多半處于理論計(jì)算階段，半導(dǎo)體制冷的實(shí)際運(yùn)行效果不能得到很好的保證。所以要不斷深入進(jìn)行半導(dǎo)體制冷器模塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究。(3)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)與手段的引用較少，材料的優(yōu)值系數(shù)的停滯影響了整個(gè)半導(dǎo)體制冷行業(yè)的發(fā)展，所以運(yùn)用包括新理論和新技術(shù)來研究和完善就變得非常重要。半導(dǎo)體制冷也是一個(gè)交叉學(xué)科，需要不同方面的知識(shí)相互配合，共同進(jìn)步。(4)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品器件的尺寸有的越來越大，有的越來越小，有的狀況越來越復(fù)雜，需要考慮多種因素。這樣如何解決大功率半導(dǎo)體多級(jí)制冷的優(yōu)化問題、小尺寸器件的局部散熱問題和多因素的半導(dǎo)體熱電能量轉(zhuǎn)換問題就成為今后不斷努力研究的內(nèi)容 。