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张昆 08:44:02 1 详尽 2 意义 3 特色 4 式样 5 应用 概述 意念 特性 系统 运用 08:44:0概述 3 半导式样冷定义 闭联布景知识 发展汗青与现状

时间:2020-11-15 10:35

  半导体例冷_此表_上等抚育_抚育专区。张昆 08:44••:02 1 具体 2 道理 3 特征 4 式样 5 操纵 2 概述 意念 特点 体系 利用 08:44:02 概述 3 半导式样冷界说 闭联配景学问 兴盛史册与近况

  张昆 08:44:02 1 具体 2 缘故 3 特质 4 局面 5 应用 2 总结 叙理 特点 局面 利用 08:44:02 概括 3 半导体例冷界说 相合布景学问 发展史书与近况 具体 理由 特点 体例 利用 08:44:02 半导系统冷 半导花样冷(亦名热电造冷、温差电造冷或电子造冷)是 以温差电好看为根基的造冷局面,它是诈欺“珀尔帖”效 应的旨趣抵达造冷目标。 4 详细 道理 特征 式样 行使 08:44••:02 布景学问 5 热电效应 全部 源由 特征 局面 使用 08•:44:03 一 半导体及其性子 1、什么是半导体? 物体按导电权力分类 导体——拥有优异的导电权力的物体 (如铜、银、铝) 半导体——导电权力介于导体和绝缘体之间的物体(如锗、硅、 砷化镓及 良多金属氧化物) 绝缘体——导电权力很差的物体(如橡胶、塑料、陶瓷等) 半导体的特点:光敏性格、热敏本质和掺杂特点 6 轮廓 叙理 特点 式样 操纵 08:44•:03 一 半导体及其性格 2、榜样半导体 圭臬的半导体是硅Si和锗Ge,都是4价元素。 si 硅原子 GGee 锗原子 +44 硅和锗最表层轨道上的 四个电子称为价电子•。 7 概述 3、半导体的品种 道理 I 本征半导体 特质 Ⅱ P型半导体 体例 操纵 Ⅲ N型半导体 08:44:03 8 具体 源由 特质 体系 使用 08:44:03 导电机造 11 总结 源由 特性 体例 行使 08•:44:04 杂质半导体的示阴谋 多子—空穴 P型半导体 多子—电子 N型半导体 - - -- - - -- - - -- ++ + + ++ + + ++ + + 少子—电子 少子—空穴 少子浓度——与温度相合 多子浓度——与温度无闭 14 概述 道理 特性 体例 使用 4、PN结的造成及其单指引电性 P区空穴浓度 远高于N区。 扩散措施 08:44:04 15 N区自正在电子 浓度远高于P 区。 全部 道理 特征 式样 应用 4.1 PN结的变成 08:44:04 16 漂移行径 概括 叙理 特性 式样 行使 4.2PN结的单诱导电性 PN结加正向电压导通: 耗尽层变窄,扩散活泼加剧,因为表电源的功用,酿成扩散电流,PN结 处于导通景况。 08:44:04 19 全部 理由 特质 体系 操纵 08:44:04 PN结加反向电压松手: 耗尽层变宽,阻隔扩散行为,有利于漂挪举措,造成漂移电流•。由 于电流很幼,故可彷佛感受其截止。 20 具体 道理 特性 编造 行使 08•:44:04 二 为什么采用半导体 凡是金属导体的珀尔帖效应虚亏,造冷后果紧急••。比方那时曾用金属材 料中导热和导电本能最好的锑-铋(Sb-Bi)热电偶做成造冷器,但其造冷效果 还不到1 % •,根基没有适用代价。 跟着人们对半导体资料内部结构特质的意见,察觉了它产生的温差电 步地比其谁金属要彰着得多。 21 轮廓 旨趣 特性 体例 利用 08•:44:04 三 热电效应 半导体例冷 的最根基依 据 22 1.塞贝尔(seebeck)效应 2.珀尔帖(peltier)效应 3••.汤姆逊(thomson)效应 全部 有趣 特征 体系 利用 08•:44:04 塞贝尔(seebeck)效应 E= α.△T (1821年,seebeck) 23 总结 有趣 特征 体系 操纵 08:44:04 珀尔帖(poltier)效应 Q I Tc 其本色是塞贝尔效应的逆效应 (1834, poltier)。 24 概括 缘故 特性 体例 行使 08:44•:05 汤姆逊(thomson)效应 若电流流过有温度梯度的导体,则正在导体和周遭景况之间将进 行能量调度。(1855,Thomson) QT=-τΙΔT 25 全部 旨趣 特质 体例 行使 08:44:05 海表(分为三个阶段) 19世纪30年代~ 20世纪50年初 行使的金属原料的热电本能较差•,能量迁移的 收获很低,无适用价值,热电效应没有博得本色 利用 20世纪50年头~ 20世纪80岁首 半导体质地的宏壮操纵•,热电效应的效 率大大优秀,热电发电和热电造冷出席工 程实际。. 汗青 近况 26 20世纪80年月~ 至今 抬高半导体的热电造冷的本能 垦荒热电 造冷的操纵范围 全部 道理 特质 花样 行使 08:44:05 国内 20世纪50~60年头 开首对半导式样冷举办了商酌 20世纪60年月末至80年头初 商酌半导体例冷质地的高优值系数,拓宽其行使鸿沟,产 品以车用幼型冷热箱为主 20世纪90年初 汗青 近况 27 启迪出拥有汜博适用价值的民用便携式冷热箱、化 妆品专用冷藏箱、坎坷温考试补葺以及半导体去湿 系列产物 至2009年 半导体例冷组件的紧要性能目标已抵达海表20世纪90年头水 平 概述 源由 特质 式样 利用 08•:44:05 半导花样冷叙理•、结构及性格评释 1 结构及质地 2 作事叙理 3 造冷本质 4 造冷性能最佳证实 28 概括 旨趣 特点 体例 使用 相合名词 热电偶 由2个金属电桥(1、2)和一对电偶臂(由一道P型半导体和一齐N型半导体组成) 构成 08:44:05 29 周到 旨趣 特性 局面 利用 半导式样冷片 (热电造冷片),是由上百对热电偶联成的热电堆。 08:44:05 30 概述 有趣 特点 方法 利用 08:44:05 1 半导系统冷片的构造及质地 基板 寻常是陶瓷片,紧要身分是95 %氧化铝。起电绝缘、导热和支柱作 用。正在其表观烧结有金属化图形。 导流条 其因素多是无氧铜,起导电 和导热熏陶。经过锡焊接正在陶瓷片的 金属化图形上。 半导体致冷元件 正在坎坷导流条之 间,其苛浸职位是碲化鉍。它是造冷 片的主效力部件,分N型元件和P型元 件,经过锡焊接正在导流条上。 33 具体 说理 特性 体系 行使 08:44•:05 半导局面冷质地 半导体不光需要N型和P型半导体性情还要遵循掺入的杂质厘革半导 体的温差电动势率导电率和导热率使这种卓殊半导体能得意造冷的材 料。 目前国内常用质地是以碲化铋为基体的三元固溶体闭金此中P型是 Bi2Te3—Sb2Te3 N型是Bi2Te3—Bi2Se3 另有其全面人如: P型 Ag Ti Te N型 Bi2Sb合金 34 具体 旨趣 特质 体例 使用 08:44:06 2 半导局面冷服务理由 35 全部 道理 特质 花样 应用 08:44:06 痴騃结束式造冷式样和热门造冷式样间的相像性 36 具体 理由 特点 编造 应用 08:44:06 3 造冷性情 1••. 造冷量 2. 功率 3. 造冷系数 4. 造热系数 5. 冷热端温差 37 总结 说理 特质 体例 使用 08:44:06 起先探求一对热电偶的造冷本色 设热结点的温度Th ,向表界开释的热量为Qh ;冷结点温度Tc ,从表界吸收的热量 (造冷量)为Q0 ,热电偶输入电功率为W,回道中电流为I。 若不研商各类大概的销耗,由热力学第必然律: Qh = Q0 + W 冷端的珀尔帖吸热量Qπ Q I (2-1) (2-2) Tc π为peltier系数•, α为塞贝克系数(温差电动势率)•,二者均与半导 体自己的物理化学本色有闭。 38 周到 意思 特性 体例 行使 08:44•:06 当电流颠末电偶对时,热电元件内要放出焦耳热。焦耳热 •: Qj I 2R (2-3) 式中R 为热电元件的电阻。若电偶臂的长度为L ,电阻率为ρ1及ρ2,截面积 为s1和s2 则 R L( ρ1 2 ) s1 s2 (2-4) 因为半导体的导热•,从电堆热端还要传给冷端必然的导热量 : Qk k (Th Tc ) (2-5) 式中k ——长L 的热电元件 总导热系数 若两电偶臂的导热系数及截面积区别为λ1和λ2 ,s1和s2 则: k 1 L (1s1 2 s2 ) (2-6) 39 轮廓 道理 特性 式样 使用 08:44:06 冷端从表界招揽的热量(造冷量) 1 Q0 Qπ 2 Qj Qk 1 造冷量 Q0 ITc 1 2 I 2 R k (Th Tc ) (2-7) 电偶对事件时•,电源既要对电阻做功,又要顺服热电势做功,故消费的 功率 为 2 功率 w I 2 R (Th Tc )I (2-8) 3 造冷系数 Q0 w ITc 0.5I 2R k (Th I 2R (Th Tc )I Tc ) (2-9) 40 具体 道理 特质 式样 应用 4 造热系数 Qh 1 w 5 冷热端温差 T Th Tc 1 k [I Tc 0.5I 2 R] (2-10) (2-11) 08•:44:06 41 详细 道理 特点 花样 行使 08:44••:06 4 造冷性能最佳说明 1.最大温差 2.最大造冷量 3.最佳经济性 42 全部 有趣 特点 体例 应用 (1)取得最大温差△Tmax的条件 正在电流I 为某笃信值的情形下•,令Q0 =0 ,由式(2-7)得: Th Tc 1 k [ITc 0.5I 2 R] (2-12) 将上式对I 取偏导数,并令其等于零,就可以求出 最佳电流值 与其对应的 最大 温降: I opt Tc R (Th Tc )max 2Tc2 2Rk (2-13) (2-14) 将式(2-4)及(2-6)代入式(2-12)得: (Th Tc )max 1 2 (1s1 2Tc2 2 s2 )( 1 s1 2 ) s2 (2-15) 08:44:06 43 具体 有趣 特质 系统 操纵 08:44:06 若两电偶臂的几许尺寸相仿,拥有坊镳的 导热系数(λ1=λ2 )及近似的 电阻率 (s1=s2),则式(2-15)变为 (Th Tc )max 1 2 2Tc2 s( ) 1 2 2Tc2 s (Th Tc )amx 1 2 2rTc2 (2-16) (2-17) 式中 r=1/ρ ——热电元件质地的 电导率 由此可见••: 热电造冷的最大温差取决于质地的 α••、r、λ 归纳参数。此综合参数称为筑设电偶对证地的优值系数Z ,即 构成的一个 Z 2r 44 (2-18) 周到 意念 特性 体例 操纵 08:44•:06 优值系数 优值系数Z , 只与电偶质地的物理本质(温差电动势、电导率•、导热系数)有闭•。是仲裁电偶 热电本能的综闭参数。 通常, Z 310-当3 KTh=1293K, TC =273K时,可算得 εmax =1.66,而近似管事区间的逆卡诺造冷系数 273 13••.65, max 0.12 293 273 若将半导花样冷系数行进到2.0以上•,则其优值系数需优秀 到 1310-3 K的水1平•。 当前为止室温下优质系数最高的质地是Ag0.58Cu0.29 Ti 0.29Te 四元闭金,正在300K时的优值系数可达 Z 5•.7 10-3 K 1 45 概括 道理 特质 方法 行使 (2)造冷量最大的条款 由 Q0 ITc 1 2 I 2 R k (Th Tc ) (2-7) 可能看出,事件温度必依时,造冷量的巨细与电流有合•,对式(2-7)对电流求偏 导数并令其为零。得到 Tc IR 0 使造冷量Q0取得极值的电流为 I Q0 opt Tc R Q0•••,max(2TRc)2 - K (Th - Tc ) (2-19) (2-20) 08:44•:06 46 全部 道理 特质 局面 利用 可见 势必的电偶对的最大造冷量只和冷端温度Tc有合(Th 笃信时); 当职责温度和质地本质(α、λ、ρ)笃信时,最大造冷量只和电偶 的尺寸相合,短粗的电偶造冷量大,修长的电偶造冷量幼。 08:44•:06 47 概述 道理 特性 体例 使用 08:44:07 (3)造冷系数最佳的条目 对式 Q0 ITc 0.5I 2R k (Th Tc ) w I 2R (Th Tc )I 对电流取偏倒数,并令其等于零,取得 与最大造冷系数相对应的电流 I opt (Th Tc ) R(M 1) (2-21) max Tc Th Tc M Th Tc M 1 式中 1 M [1 0.5Z (Th Tc )]2 (2-22) 48 详细 旨趣 特质 体例 行使 故造冷系数ε 与温差 Th – Tc 以及质地优值系数Z有光鲜闭联。 当管事温度必然时•,热电偶的优值系数Z越大••,则质地的热门性能越 好,造冷结果越高。 08:44:07 49 轮廓 有趣 特质 系统 使用 08:44:07 半导方法冷特质 甜头 过错 热门及难点 50 总结 旨趣 特质 体系 应用 08:44:07 无造冷剂 无手脚部件 尺寸幼原料轻 不受空间标的浸染 甜头 温度调控精度高 冷热改造灵巧 造热速速 寿命长 51 轮廓 意念 特质 体系 使用 08:44•:07 瑕疵 1 造冷服从低 2 行使范围有限 3 经济性差 52 总结 理由 特质 体例 行使 暂且商酌的热门及难点 1 高优质系数的半导体质地 2 冷热端散热的企图 3 半导体例冷新表面及半导体系冷新方法 08•:44:07 53 轮廓 说理 特性 方法 利用 08:44:07 半导式样冷空调 54 界说 结构 分类 概括 意思 特质 式样 行使 08•:44:07 热电堆 组织构成 基板 55 冷热端散热器 风机 直流电源 详细 旨趣 特质 体例 利用 08:44:07 56 具体 道理 特性 局面 操纵 08•:44••:07 欺负透风散热半导系统冷空调器体例图 57 全部 意念 特征 系统 行使 08:44:07 太阳能半导方法冷体系图 58 概括 源由 特质 编造 操纵 08:44•:08 汽车太阳能半导体例冷编造结构图 59 周到 叙理 特性 编造 应用 08•:44:08 1 军事 导弹、雷达等红表线 医疗 白内障摘除片 操纵 周围 3 农业 温度检测及职掌体系 4 实践室 各式恒温、上下温实验仪片 5 装用安设 生化产物低温试验仪 细菌栽种箱 6 平素存正在 空调、饮水机•、电脑 60 详细 讲理 特征 体例 行使 08:44:08 野心参数 型号 最低造冷温度 TF-14-12TF-1412 5℃ 容量 14L 电源 12V 最大功率 36W 美固半导体车载冰箱TF-14-12TF-14-12 61 概述 道理 特征 系统 操纵 08:44••:08 工程使用及商酌实例 1. BK-1.5型热电空调器 2•. CPU散热 62 详细 源由 特性 体例 行使 08:44:08 1 BK-1.5型热电空调器 BK-1••.5型热电空调器由上海交通大学造冷试验室研造,是一种 水冷式半导式样冷空调器,用正在他们国自行研造的第一艘潜水器上 本能参数为: 造冷量 1500kcal/h(1.75KW) 舱内温度 28士2℃ 轮回风量 350m?/h 职业电压 27V (直流) 冷却水温度 29℃ 冷却水流量 1.6~2 m?/h 63 全部 旨趣 特征 体例 使用 08:44:08 64 概述 道理 特点 花样 应用 08••:44•:08 正在额定工况•,商酌风机的温升的境况下, 空调器的进风参数为28.6℃ 气氛的相对湿度为50% 当电压27V,冷却水温度为29℃时, 造冷量为1,600kcal/h, 造冷系数ε=1.6,与估算值异常贴近 65 总结 道理 特性 系统 行使 08:44:08 2 基于半导花样冷的CPU散热 策动实例 《半导体例冷电脑CPU恒温散热商酌》 (2011年 甘肃民族师范学院物理与水电工程系 孙成仁副教练《低温与超导》) CPU策画温度 造冷片型号 电源 防结露 热端散热花式 希图参数 38℃ CTI-12701 电脑电源(5V/12V) 密封绝热套(绝热胶) 风冷 66 总结 理由 特质 方法 行使 08••:44:08 造冷肩负电道和CPU拼凑结构 67 总结 讲理 特性 式样 行使 08•:44•:08 CPU半导方法冷用心电道 68 08:44:08 69

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