半导体制冷技术原理与应用初探

田志兵

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摘要:随着科学经济的高速发展，制冷技术也在不断的突破更新。近些年出现了一种新的制冷技术，那就是半导体质量技术。半导体制冷技术最大的特点就是能打破常规，强制把物体温度降到比周围的温度更低的效果。它能达到的这种良好的效果对于我们日常的生活以及科学的研究都有着极大的帮助。本文通过对半导体证技术的原理以及发展进行逐一的讨论，希望能给相关人员一些启发。

关键词：半导体;制冷技术；强行打破热平衡

前言:半导体制冷技术是一种典型的电子制冷技术，它的另一个名字是热电制冷。就目前来说，大部分的热电制冷技术所采用的相关材料都是半导体，所以我们习惯称这种制冷技术为半导体制冷技术。这个制冷技术是从外国引进的一种新的制冷方式，如果能运用于我们的实际生活当中，将会给我们的生活带来巨大的益处。

1半导体制冷技术的有关原理以及发展历程

1.1半导体制冷技术的有关原理

半导体制冷技术的最根本原理就是一种温差效应。它利用了半导体材料导热的的特点用电子的流动来达到一种上下温差不同的效果。具体的体现方式是让相应的直流电通过时放出或者吸收出不同的热量，从而导致了一种温差的产生。就比如说如果在放热端装置一个相应的散热的半导体材料，那么这个端口就可以通过相应的热量运输来达到一种制冷的效果，从而变成一个新型的制冷器。而当我们把电流的方向进行一个逆向改变的话，它又能起到一种制热的效果，这就满足了我们对于制冷和制热效果的需求。

1.2半导体制冷技术的发展历程

半导体的制冷技术从根本上来说不能算是一种新型的技术，因为它在上个世纪50年代就曾出现过，而且风靡一时。流行的原因就是因为它的性能以及制冷的速度都是非常快的。而且当时电力的发展很迅速，而半导体制冷技术一插上电就能达到一种制冷的效果，致使当时的人们都喜欢这种方式。相应的机械加工制造厂也更青睐于用这种方式去研究和制造机器。但是由于当时的硬件质量是比较差的，这就导致这种技术没有一个物质原料的基础，所以也就不能做一个大规模的实用化的发展趋势。但是这些年以来，随着科学的高速发展，我们对半导体材料的研究也到达了一个崭新的高度，所以当年由于半导体材料所出现的难题，我们现在都能轻易的解决。所以我们就可以重拾这项技术，让它应用于人们的生活之中，把自己最初的优势再次的展现出来。

2半导体制冷技术与机械压缩式制冷技术的对比分析

现在的制冷系统一般都分为两个系统，即为机械压缩式制冷系统和热电制冷系统，后者也就是我们所说的半导体制冷系统。两者最大的差别就是后者不需要使用制冷剂。半导体制冷技术是运用半导体中的电子的传输来达到一个端点的电流差。这种方式是不用产生机械运动（我们把宏观物体的移动称为机械运动，电子属于微观物体）的，而且也不会释放出任何的噪音，也就不会影响到我们的生活。半导体的制冷或者是制热的时间也比机械压缩式制冷系统的效果要快。举个简单的例子，半导体制冷系统只需要一分钟就能达到机械压缩的制冷系统几十分钟的效果，也就是我们所说的产生一个最高极值的温度差。另外就是这种技术的冷热之间的转换也是比较快的，它不需要一个很长的时间就可以完成冷转热或者热转冷的效果。最后就是这项技术就是可以通过对相应电流的控制来达到对于温度的精准把控。再加上信息化的不断发展，这个技术完全可以和信息技术相结合，从而达到一个远程操控的作用，相信如果这种技术重现人间，人们的生活会获得极大的便利。 但是目前的半导体材料还是有一些不足存在的。首先就是它们的电源以及热点散热的方式都是有悖于电路理论的，这就导致它们实际的制冷效率是比较低的，也就是说他们无法做到一个大范围的制冷效果，而只能让一小部分的空间进行一个极大的温度差。

3半导体制冷技术在实际运用中的好处

3.1加大空气的对流散热效率

就目前来说，在很多小型的制热或者是制冷的电器中，一般都是采用空气对流的方式进行一种系统的换热。这种系统一般都是要通过相应的散热片作为基础来进行内外的一个换热的。它一般都是通过吸热器或者是散热器与周围空气的一个面对面的传导来达到一种导热或者是导冷的效果。而电制冷的效应可以有效地把这些热量精准高效地传递给另一个端口，也就是从热端到冷端，或者是从冷端到热端。而经过各层的热量，经过半导体材料的疏导，就会利用空气的自然对流达到一种增大温差的效果。不过我们值得注意的是，我们所用的散热器或者是制冷器之间会产生一种辐射，这也是我们所需要考虑的一个重点的问题，因为它将直接影响着制冷或者是制热的效率。

3.2强制扩大温度差

半导体制冷技术最大的特点就是能强制性的实现机器内与空气的对流换热，它能强迫机器进行一种自然的通风。而在通风过程中，就难免与空气发生对流碰撞，这样的话，换热的系数就会得到一个很大的改善。所以在相同功率下半导体制冷技术的应用所产生的效果是高于其他技术的，另外散热面积的增加也会在一定程度上增加空间温差之间的大小。

3.3增快液体冷却的速度和效率

半导体这种技术也可以合理的去运用一种液体冷却的效果。液体冷却的制冷效果在目前来说是散热效率最高的方式之一。它的散热效果比空气对流的效果大了数百倍甚至数千倍。在实际的工艺流程上来分析，就是我们所使用的液体在系统内热端和冷端之间建立了一个有机的联系，它能让水直接进入热端或者冷端，进而达到一个降温或者是升温的作用。如果热端的功率比较大，系统就会自然而然地把多余的热量传输到冷端上去，反之亦然。它把水箱分成了两个不同的组织，却存在着有机的联系，这就大大提高了制冷或制热的效率。

4结语

总的来说，半导体制冷技术有着比较广阔的前景。它与传统的制冷技术相比，不使用压缩机或者是制冷剂，从而减小了对于相变传递热量的依靠。半导体制冷技术是一种科技含量相对于其他基础较高的全新的制冷技术。随着经济的高速发展，半导体材料的各个功能也被逐渐的发现出来。这就为半导体制冷系统的发展提供了一个极大的推动作用，也能到达一种绿色环保的效果。相信不久的将来，这种技术就会全面运用于各种领域，包括空间领域、激光领域、低温生物领域些比较前沿的科学领域。

参考文献：

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