劉洋信陽(yáng)師范學(xué)院大學(xué)生科研項(xiàng)目申請(qǐng)書(編輯修改稿)
2025-08-16 10:55 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 優(yōu)值系數(shù)。優(yōu)值系數(shù)Z是用來(lái)衡量半導(dǎo)體材料制冷性能的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，它決定制冷元件所能達(dá)到的最大溫差。優(yōu)值系數(shù)越高，制冷性能越好，效率也越高。優(yōu)值系數(shù)主要由半導(dǎo)體材料的溫差電動(dòng)勢(shì)率α、半導(dǎo)體材料的總導(dǎo)熱系數(shù)k、電阻率r等參數(shù)決定，其公式為： 隨著載流子濃度的增大，溫差電動(dòng)勢(shì)率α減小，而電阻率r也減小，總導(dǎo)熱系數(shù)k與載流子濃度，使Z達(dá)到最大。當(dāng)載流子濃度接近1019cm3時(shí)，半導(dǎo)體材料的優(yōu)值系數(shù)最高[1]。半導(dǎo)體材料的優(yōu)值系數(shù)Z是一個(gè)隨溫度而改變的函數(shù)，所以選擇半導(dǎo)體材料時(shí)不僅要求其優(yōu)值系數(shù)要盡可能大，而且還要求在使用溫區(qū)內(nèi)優(yōu)值系數(shù)變化不大，且能始終保持較高值，并滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐熱沖擊、可焊接性及材料來(lái)源和造價(jià)等方面的要求。盡量采用性價(jià)比較高的半導(dǎo)體材料來(lái)提高制冷能力,可見提高半導(dǎo)體的性能與改善其材料性能有至關(guān)重要的作用。參考文獻(xiàn)：[1] 關(guān)于新型半導(dǎo)體制冷方法的研究[J/OL],科技資訊，2008，.[2] 半導(dǎo)體制冷強(qiáng)化傳熱研究[J/OL].低溫與超導(dǎo),2010，38（8）：6163. [3] . Vining, Vol. 413, Nature, 2001.[4] B. C. Sales, Vol. 295, Science, 2002.[5] [J/OL]，低溫與超導(dǎo)，2011,39（10）6769二、本課題的研究?jī)?nèi)容、特色和創(chuàng)新之處，預(yù)計(jì)突破哪些難題研究?jī)?nèi)容半導(dǎo)體制冷工作原理如右圖，因?yàn)镹型半導(dǎo)體的載子為電子，P型半導(dǎo)體的載子為電洞，所以不同型的熱電單元，其電流方向會(huì)相反，因此N型半導(dǎo)體的電子和P型半導(dǎo)體的電洞是往同方向流動(dòng)的，其中半導(dǎo)體的載子會(huì)成為傳熱的媒介，而外加的直流電源則提供了電子流動(dòng)所需的能量。所以在每個(gè)熱電單元上，載子流的起點(diǎn)均為冷端(cold side)，終點(diǎn)均為熱端(hot side)，所以在通上電源后，電子由負(fù)極()出發(fā)，首先經(jīng)過P 型半導(dǎo)體，于此吸收熱量，到了N 型半導(dǎo)體處，又將熱量放出，每經(jīng)過一組N、P模塊，就有熱量由一端被送到另外一端，因?yàn)檫@種主動(dòng)式地將熱量泵送，而造成溫差，形成冷熱端。由于半導(dǎo)體在電路中產(chǎn)生熱量，且熱端產(chǎn)生的熱量不僅來(lái)自本身還來(lái)自冷端傳送的熱量，由于熱端的熱量會(huì)傳遞到冷端，當(dāng)冷端向熱端傳送的熱量速率與熱端向冷端傳送的速率相等時(shí)，冷端的溫度達(dá)到平衡[2]。當(dāng)電流方向相反，熱量傳遞的方向也會(huì)相反，利用此原理可做溫度控制之用。 （1）內(nèi)部元件：從材料原子結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究構(gòu)成不同N型材料與P型材料的元素對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)的制冷效果，以及各種不同材料在不同溫度下的制冷性能[1]。目前熱電材料的選擇可依其運(yùn)作溫度分為三類： 1)、碲化鉍(Bismuth telluride)及其合金：這是時(shí)下被廣為使用于熱電致冷器的材料，低溫其最佳運(yùn)作溫度(＜450℃)。 2)、碲化鉛(Lead telluride)及其合金：這是時(shí)下被廣為使用于熱電產(chǎn)生器的材料，其最佳運(yùn)作溫度大約為1000℃。 3)、硅鍺合金(Silicon Germanium):此材料亦常應(yīng)用于熱電產(chǎn)生器，其最佳運(yùn)作溫度大約為1300℃材料的效率可由定義材料性質(zhì)的ZT值(Figur
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