<code id="qqieg"></code>
<optgroup id="qqieg"></optgroup> <center id="qqieg"><div id="qqieg"></div></center>
<noscript id="qqieg"><div id="qqieg"></div></noscript><code id="qqieg"></code>
<optgroup id="qqieg"></optgroup>
<center id="qqieg"></center>
新聞中心
電話:0539-8311522 8311822
傳真:0539-8311822
E-mail:[email protected]
地址:臨沂市家電廚衛城西區18#703-705號
新聞內容
您的位置:首頁 >> 新聞中心
車載小冰箱的半導體制冷原理

 半導體制冷技術   材料是當今世界的三大支柱產業之一,材料是人類賴以生存和發展的物質基礎,尤其是近幾十年來隨著人類科學技術的進步,材料的發展更是日新月異,新材料層出不窮,其中半導體制冷材料就是其中的一個新興的熱門材料,其實半導體制冷技術早在十九世紀三十年代就已經出現了,但其性能一直不盡如人意,一直到了二十世紀五十年代隨著半導體材料的迅猛發展,熱點制冷器才逐漸從實驗室走向工程實踐,在國防、工業、農業、醫療和日常生活等領域獲得應用,大到可以做核潛艇的空調,小到可以用來冷卻紅外線探測器的探頭,因此通常又把熱電制冷器稱為半導體制冷器。 [編輯本段]半導體制冷器件大致可以分為四類:   (1)用于冷卻某一對象或者對某個特定對象進行散熱,這種情況大量出現在電子工業領域中;   (2)用于恒溫,小到對個別電子器件維持恒溫 ,大到如制造恒溫槽,空調器等;   (3)制造成套儀器設備,如環境實驗箱,小型冰箱,各種熱物性測試儀器等;   (4)民用產品,冷藏烘烤兩用箱,冷暖風機等。 [編輯本段]半導體制冷的應用:   (1)在高技術領域和軍事領域   對紅外探測器,激光器和光電倍增管等光電器件的制冷。比如,德國Micropelt公司的半導體制冷器體積非常小,只有1個平方毫米,可以和激光器一起使用TO封裝。   (2)在農業領域的應用   溫室里面過高或過低的溫度,都將導致秧苗壞死,尤其部分名貴植物對環境更加敏感,迫切需要將適宜的溫度檢測及控制系統應用于現代農業。   (3)在醫療領域中的應用   半導體溫控系統在醫學上的應用更為廣泛。如:用于蛋白質功能研究、基因擴增的高檔PCR儀、電泳儀及一些智能精確溫控的恒溫儀培養箱等;用于開發具有特殊溫度平臺的掃描探針顯微鏡等。 [編輯本段]半導體制冷的優點   半導體制冷器的尺寸小,可以制成體積不到1cm小的制冷器;重量輕,微型制冷器往往能夠小到只有幾克或幾十克。無機械傳動部分,工作中無噪音,無液、氣工作介質,因而不污染環境,制冷參數不受空間方向以及重力影響,在大的機械過載條件下,能夠正常地工作;通過調節工作電流的大小,可方便調節制冷速率;通過切換電流方向,可是制冷器從制冷狀態轉變為制熱工作狀態;作用速度快,使用壽命長,且易于控制。 [編輯本段]半導體制冷器件的工作原理   半導體制冷器件的工作原理是基于帕爾帖原理,該效應是在1834年由J.A.C帕爾帖首先發現的,即利用當兩種不同的導體A和B組成的電路且通有直流電時,在接頭處除焦耳熱以外還會釋放出某種其它的熱量,而另一個接頭處則吸收熱量,且帕爾帖效應所引起的這種現象是可逆的,改變電流方向時,放熱和吸熱的接頭也隨之改變,吸收和放出的熱量與電流強度I[A]成正比,且與兩種導體的性質及熱端的溫度有關,即: Qab=Iπab   πab稱做導體A和B之間的相對帕爾帖系數 ,單位為[V], πab為正值時,表示吸熱,反之為放熱,由于吸放熱是可逆的,所以πab=-πab   帕爾帖系數的大小取決于構成閉合回路的材料的性質和接點溫度,其數值可以由賽貝克系數αab[V.K-1]和接頭處的絕對溫度T[K]得出πab=αabT與塞貝克效應相,帕爾帖系也具有加和性,即:   Qac=Qab+Qbc=(πab+πbc)I   因此絕對帕爾帖系數有πab=πa- πb   金屬材料的帕爾帖效應比較微弱,而半導體材料則要強得多,因而得到實際應用的溫差電制冷器件都是由半導體材料制成的。 [編輯本段]半導體制冷材料的發展   AVIoffe和AFIoffe指出,在同族元素或同種類型的化合物質間,晶格熱導率Kp隨著平均原子量A的增長呈下降趨勢。RWKeyes通過實驗推斷出,KpT近似于Tm3/2ρ2/3A-7/6成比例,即近似與原子量A成正比,因此通常應選取由重元素組成的化合物作為半導體制冷材料。   半導體制冷材料的另一個巨大發展是1956年由AFIoffe等提出的固溶體理論,即利用同晶化合物形成類質同晶的固溶體。固溶體中摻入同晶化合物引入的等價置換原子產生的短程畸變,使得聲子散射增加,從而降低了晶格導熱率,而對載流子遷移率的影響卻很小,因此使得優值系數增大。例如50%Bi2Te3-50%Bi2Se3固溶體與Bi2Te3相比較,其熱導率降低33%,而遷移率僅稍有增加,因而優值系數將提高50%到一倍。   Ag(1-x)Cu(x)Ti Te、Bi-Sb合金和YBaCuO超導材料等曾經成為半導體制冷學者的研究對象,并通過實驗證明可以成為較好的低溫制冷材料。下面將分別減少這幾種熱電性能較好的半導體制冷材料。   二元Bi2Te3-Sb2Te3和Bi2Te3-Bi2Se3固溶體   二元固溶體,無論是P型還是N型,晶格熱導率均比Bi2Te3有較大降低,但N型材料的優值系數卻提高很小,這可能是因為在Bi2Te3中引入Bi2Se3時,隨著   Bi2Se3摩爾含量的不同呈現出兩種不同的導電特性,勢必會使兩種特性都不會很強,通過合適的摻雜雖可以增強材料的導電特性,提高材料的優值系數,但歸根結底還是應該在本題物質上有所突破。   三元Bi2Te3-Sb2Te3-Sb2Se3固溶體   Bi2Te3 和Sb2Te3是菱形晶體結構,Sb2Se3是斜方晶體結構,在除去大Sb2Se3濃度外的較寬組份范圍內,他們可以形成三元固溶體。無摻雜時,此固溶體呈現P型導電特性,通過合適的摻雜,也可以轉變為N型導電特性。在二元固溶體上添加Sb2Se3有兩個優點:首先是提高了固溶體材料的禁帶寬度。其次是可以進一步降低晶格熱導率,因此Sb2Se3不論是晶體結構還是還是平均原子量,都與Bi2Te3 和Sb2Te3相差很大。當三元固溶體中Sb2Te3+5% Sb2Se3的總摩爾含量在55%~75%范圍時,晶格熱導率最低,約為0.8×10-2W/cm K,這個值要略低于二元時的最低值0.9×10-2W/cm K。   但是,添加Sb2Se3也會降低載流子的遷移率,將會降低優值系數,因此必須控制Sb2Se3的含量。   P型Ag(1-x)Cu(x)Ti Te材料   AgTi Te材料由于具有很低的熱導率(k=0.3 W/cm K),因此如能通過合適的摻雜提高其載流子遷移率μ和電導率σ,將有可能得到較高的優值系數Z。RMAyral-Marin等人通過實驗研究,發現將AgTi Te和CuTi Te通過理想的配比形成固溶體,利用Cu原子替換掉部分Ag原子后,可以得到一種性能較好的P型半導體制冷材料Ag(1-x)Cu(x)Ti Te,其中x在0.3左右時,材料的熱電性能最好。由此可見Ag(1-x)Cu(x)Ti Te的確是一種較好的P型半導體制冷材料。   N型Bi-Sb合金材料   無摻雜的Bi-Sb合金是目前20K到220K溫度凡內優值系數最高的半導體制冷材料,其在富Bi區域內為N型,而當Sb含量超過75%時將轉變為P型。在Bi的單晶體中引入Sb,沒有改變晶體結構,也沒有改變載流子(包括電子和空穴)濃度,但是拉大了導帶和禁帶之間的寬度。Sb的含量為0~5%時禁帶寬度約為0eV,即導帶和禁帶相連,屬于半金屬;Sb含量在5%~40%時,禁帶寬度值基本是在0.005eV左右,當Sb的含量在12%~15%時,達到最大,約為0.014eV,屬于窄帶本征半導體。由上文所述,禁帶寬度的增加必將提高材料的溫差電動勢。80K到110K溫度范圍內,是Bi85Sb15的優值系數最高,高溫時則是Bi92Te8最高。   YBaCuO超導材料   根據上面的介紹可知,在50K到200K的溫度范圍內,性能最好的半導體制坑材料是n型Bi(100-x)Sbx合金,其中Sb的含量在8%~15%。在100K零磁場的情況下,Bi-Sb合金的最高優值系數可達到6.0×10-3K-1,而基于Bi、Te的p型固溶體材料在100K時的優值系數卻低于2.0×10-3K-1并且隨著溫度的下降迅速減小。因此,必須尋找一種新的p型低溫熱電材料,以和n型Bi-Sb合金組成半導體制冷電對。利用高Tc氧化物超導體代替p型材料,作為被動式p型電臂(稱為HTSC臂,即High Tc Supercon-ducting Legs),理論上可以提高電隊的優值系數,經過實驗證明也確實可行。半導體制冷電對在器件兩臂滿足最佳截面比時的最佳優值系數為:   zmax= (1)   式中的下標p和n分別對應p型材料和n型材料。由于HTSC超導材料的溫差電動勢率α幾乎為零,但其電導率無限大,因此熱導率κ和電導率δ的比值κ/δ卻是無限小的,這樣式(1)可以簡化為:   zmax(HTSC)=   即由n型熱電材料和HTSC臂所組成的制冷電對的優值系數,將等于n型材料的優值系數。   Mosolov A B等人分別利用以SrTiO3座基地的YBaCuO超導薄膜和復合YBaCuO-Ag超導陶瓷片作為被動式HTSC臂材料,用Bi91Sb9合金作為n型材料,制成單級半導體制冷器。實驗結果表明:利用YBaCuO超導薄膜制成的制冷器,熱端溫度維持在85K,零磁場時可達到9.5K的最大制冷溫差,加上0.07T橫向磁場時能達到14.4K;利用YBaCuO-Ag超導陶瓷片制成的單擊制冷器,熱端溫度維持在77K時,相應的最大制冷溫差分別是11.4K和15.7K。從半導體制冷器最大制冷溫差計算公式,可以反算出80Kzuoyou這種制冷電對的優值系數約為6.0×10-3K-1,可見這種電對組合是有著很好的應用潛力的。隨著高Tc超導體材料的發展,這種制冷點隊的熱端溫度將會逐漸提高,優值系數也將逐漸增大,比將獲得跟廣泛的應用。 

      山東臨沂冰峰制冷設備有限公司成立于1998年,臨沂制冷設備以質量為根本、信譽為生命,經十多年的不懈努力逐步發展成為一家集制冷設備、配件銷售、設計安裝、維修于一體的專業化制冷企業。目前公司代理了國內外數十萬種名優制冷產品,并與多家知名廠家建立了很鐵的合作關系。

來源:      時間:2011-10-25 11:54:09
体彩11选五