劉洋信陽師范學院大學生科研項目申請書(編輯修改稿)
2025-08-16 10:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 優(yōu)值系數(shù)。優(yōu)值系數(shù)Z是用來衡量半導體材料制冷性能的一個技術指標，它決定制冷元件所能達到的最大溫差。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)主要由半導體材料的溫差電動勢率α、半導體材料的總導熱系數(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，溫差電動勢率α減小，而電阻率r也減小，總導熱系數(shù)k與載流子濃度，使Z達到最大。當載流子濃度接近1019cm3時，半導體材料的優(yōu)值系數(shù)最高[1]。半導體材料的優(yōu)值系數(shù)Z是一個隨溫度而改變的函數(shù)，所以選擇半導體材料時不僅要求其優(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，并滿足機械強度、耐熱沖擊、可焊接性及材料來源和造價等方面的要求。盡量采用性價比較高的半導體材料來提高制冷能力,可見提高半導體的性能與改善其材料性能有至關重要的作用。參考文獻：[1] 關于新型半導體制冷方法的研究[J/OL],科技資訊，2008，.[2] 半導體制冷強化傳熱研究[J/OL].低溫與超導,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，2011,39（10）6769二、本課題的研究內(nèi)容、特色和創(chuàng)新之處，預計突破哪些難題研究內(nèi)容半導體制冷工作原理如右圖，因為N型半導體的載子為電子，P型半導體的載子為電洞，所以不同型的熱電單元，其電流方向會相反，因此N型半導體的電子和P型半導體的電洞是往同方向流動的，其中半導體的載子會成為傳熱的媒介，而外加的直流電源則提供了電子流動所需的能量。所以在每個熱電單元上，載子流的起點均為冷端(cold side)，終點均為熱端(hot side)，所以在通上電源后，電子由負極()出發(fā)，首先經(jīng)過P 型半導體，于此吸收熱量，到了N 型半導體處，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，因為這種主動式地將熱量泵送，而造成溫差，形成冷熱端。由于半導體在電路中產(chǎn)生熱量，且熱端產(chǎn)生的熱量不僅來自本身還來自冷端傳送的熱量，由于熱端的熱量會傳遞到冷端，當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，冷端的溫度達到平衡[2]。當電流方向相反，熱量傳遞的方向也會相反，利用此原理可做溫度控制之用。 （1）內(nèi)部元件：從材料原子結構出發(fā)，研究構成不同N型材料與P型材料的元素對整個制冷系統(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作溫度分為三類： 1)、碲化鉍(Bismuth telluride)及其合金：這是時下被廣為使用于熱電致冷器的材料，低溫其最佳運作溫度(＜450℃)。 2)、碲化鉛(Lead telluride)及其合金：這是時下被廣為使用于熱電產(chǎn)生器的材料，其最佳運作溫度大約為1000℃。 3)、硅鍺合金(Silicon Germanium):此材料亦常應用于熱電產(chǎn)生器，其最佳運作溫度大約為1300℃材料的效率可由定義材料性質(zhì)的ZT值(Figur
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