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什么是半導(dǎo)體制冷？

導(dǎo)語(yǔ)：半導(dǎo)體這個(gè)東西對(duì)于大家來說肯能是比較陌生的，因?yàn)榘雽?dǎo)體是一種科研上用的東西，在我們?nèi)粘Ｉ钪惺潜容^少見的。我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降闹饕且恍┌雽?dǎo)體制作的產(chǎn)品，比如說我們常用的半導(dǎo)體收音機(jī)以及半導(dǎo)體制作的其他的一些產(chǎn)品。

最近幾年來，隨著科技的發(fā)展，人們又將半導(dǎo)體用于了制冷技術(shù)。

那么到底什么是半導(dǎo)體呢?半導(dǎo)體制冷技術(shù)究竟是什么樣的呢,它的工作原理是什么樣的呢?今天小編就來給大家簡(jiǎn)單的介紹一下什么是半導(dǎo)體以及什么是半導(dǎo)體制冷技術(shù)。

什么是半導(dǎo)體：
要想很好的了解什么是半導(dǎo)體制冷技術(shù)，首先就必須要明確半導(dǎo)體的概念，也就是要知道什么是半導(dǎo)體以及和半導(dǎo)體相關(guān)的一些信息。半導(dǎo)體中的導(dǎo)指的就是是否導(dǎo)電的意思。半導(dǎo)體指的就是在平常的溫度下，在導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。

半導(dǎo)體既不是導(dǎo)體又是絕緣體，而是介于二者之間的一種神奇的材料。半導(dǎo)體的**的優(yōu)點(diǎn)就是它的導(dǎo)電性可以受到人們的控制，人們只要改變溫度就可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，這就是人們青睞半導(dǎo)體的原因之一。

半導(dǎo)體制冷：
半導(dǎo)體因?yàn)樗莫?dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以它的作用是非常大的，而且它的用途非常廣泛。

半導(dǎo)體用于制冷就是近幾年來人們開發(fā)利用半導(dǎo)體的一個(gè)很好的例子。半導(dǎo)體材料在最近幾年里呈現(xiàn)出了迅速發(fā)展的趨勢(shì)，所以各國(guó)科研部門都在加大對(duì)于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究。半導(dǎo)體制冷其實(shí)是一種熱電制冷，因?yàn)闊犭娖鞅緛砭褪且环N半導(dǎo)體，所以人們把它叫做半導(dǎo)體制冷器。

半導(dǎo)體制冷器的制冷效果是非常好的，所以一直是人們青睞的對(duì)象。

半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用：
既然半導(dǎo)體制冷器有這么好的效果，這么多的優(yōu)點(diǎn)，那么半導(dǎo)體制冷技術(shù)都會(huì)應(yīng)用到那些領(lǐng)域呢?接下來小編介紹一下。一般來說半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域主要有農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域以及日常生活等方面。

農(nóng)業(yè)方面主要是用來給溫室大棚控制溫度;醫(yī)療方面主要是用來研究一些新的技術(shù);日常主要是用來給家用電器降溫。

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以上就是小編今天為大家介紹的關(guān)于半導(dǎo)體以及半導(dǎo)體制冷的一些介紹。如果大家對(duì)半導(dǎo)體制冷感興趣的話，可以了解一下具體的內(nèi)容。

半導(dǎo)體制冷器由什么構(gòu)成？

半導(dǎo)體制冷器由兩根不同半導(dǎo)體圓柱構(gòu)成，用一塊金屬導(dǎo)電板將兩根圓柱連起來，圓柱空著的兩端分別接通直流電源的正負(fù)極。這樣，半導(dǎo)體制冷器就可以工作了。

圖中“P型柱”是P型半導(dǎo)體材料，也叫空穴型半導(dǎo)體;“N型柱”是N型半導(dǎo)體材料，也叫電子型半導(dǎo)體。

以碲化鉍(Bi2Te3)合金為基礎(chǔ)，在其中摻上不同的雜質(zhì)，就可以制成P型和N型制冷元件。

半導(dǎo)體制冷原理

半導(dǎo)體制冷原理
半導(dǎo)體制冷又稱電子制冷，或者溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對(duì)，產(chǎn)生珀?duì)柼?yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。

半導(dǎo)體制冷器特點(diǎn)
半導(dǎo)體制冷器具有無噪聲、無振動(dòng)、不需制冷劑、體積小、重量輕等特點(diǎn)，且工作可靠，操作簡(jiǎn)便，易于進(jìn)行冷量調(diào)節(jié)。

但它的制冷系數(shù)較小，電耗量相對(duì)較大，故它主要用于耗冷量小和占地空間小的場(chǎng)合，如電子設(shè)備和無線電通信設(shè)備中某些元件的冷卻。

有的也用于家用冰箱，但不經(jīng)濟(jì)。半導(dǎo)體制冷片是一個(gè)熱傳遞的工具。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對(duì)中有電流通過時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，熱量就會(huì)從一端轉(zhuǎn)移到另一端，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。

半導(dǎo)體制冷的工作原理是怎樣的？

半導(dǎo)體制冷又稱溫差電制冷、或熱電制冷。是未來電冰箱制冷技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。

半導(dǎo)體制冷是利用特種半導(dǎo)體材料，制成制冷器件，通電后直接制冷，因此得名半導(dǎo)體制冷。

用兩種不同金屬組成一對(duì)熱電偶，當(dāng)在熱電偶中通以直流電流時(shí)，將在電偶的不同結(jié)點(diǎn)處，產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為珀?duì)柼?yīng)。
利用珀?duì)柼?yīng)制成的半導(dǎo)體制冷器的電偶，是由一種特制的N型和P型半導(dǎo)體組成的。N型半導(dǎo)體是靠電子導(dǎo)電的，而P型半導(dǎo)體是靠所謂“空穴”來導(dǎo)電的。
不論N型半導(dǎo)體中的自由電子，還是P型半導(dǎo)體中的空穴，它們都參與導(dǎo)電，統(tǒng)稱為“載流子”，由“載流子”導(dǎo)電的現(xiàn)象，是半導(dǎo)體所特有的。

半導(dǎo)體制冷原理是把一個(gè)P型半導(dǎo)體和一個(gè)N型半導(dǎo)體，用銅連接片焊接而成電偶對(duì)，如圖2-7所示。當(dāng)直流電流從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體時(shí)，則在2、3端的銅連接片上產(chǎn)生吸熱現(xiàn)象，此端稱為冷端;而在1、4端的銅連接片上產(chǎn)生放熱現(xiàn)象，此端稱為熱端。如果電流方向反過來，則冷、熱端將互換。

圖2百科-7 半導(dǎo)體制冷器電偶對(duì)的工作原理
當(dāng)這個(gè)制冷器件中通入一定數(shù)量的直流電時(shí)，冷端會(huì)逐漸冷卻下來，并出現(xiàn)結(jié)霜;而熱端的溫度逐漸升高，并向周圍環(huán)境放熱。載流子在金屬和半導(dǎo)體中的勢(shì)能大小是不同的，所以載流子在流過結(jié)點(diǎn)時(shí)，必然會(huì)引起能量的傳遞。當(dāng)電流的極性如圖2-7所示，電子從電源負(fù)極出發(fā)經(jīng)金屬片—結(jié)點(diǎn)4—P型半導(dǎo)體—結(jié)點(diǎn)3—金屬片—結(jié)點(diǎn)2—N型半導(dǎo)體—結(jié)點(diǎn)1—金屬片，回到電源正極。

由于左半部是P型半導(dǎo)體，導(dǎo)電方式是空穴型的，空穴的流動(dòng)方向與電子流動(dòng)方向相反。所以空穴是從金屬片—結(jié)點(diǎn)3—P型半導(dǎo)體—結(jié)點(diǎn)4—金屬片，回到電源負(fù)極。
空穴在金屬中具有的能量、低于在P型半導(dǎo)體中空穴所具有的能量：當(dāng)空穴在電場(chǎng)作用下，由金屬片通過結(jié)點(diǎn)3到達(dá)P型半導(dǎo)體時(shí)，必須增加一部分能量，但空穴本身是無法增加能量的，只有從金屬片中吸收能量、并把這部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榭昭ǖ膭?shì)能，因此，在結(jié)點(diǎn)3處的金屬片被冷卻下來。

當(dāng)空穴沿P型半導(dǎo)體通向結(jié)點(diǎn)4流向金屬片時(shí)，由于P型半導(dǎo)體中空穴能量大于金屬中空穴的能量，因而要釋放出多余的勢(shì)能，并將其以熱能的形式放出來，所以結(jié)點(diǎn)4處的金屬被加熱。
圖2-7中右半部是N型半導(dǎo)體與金屬的聯(lián)結(jié)，是靠自由電子導(dǎo)電的，而電子在金屬中的勢(shì)能低于N型半導(dǎo)體中電子的勢(shì)能。在電場(chǎng)作用下，電子從金屬中通過結(jié)點(diǎn)2到達(dá)N型半導(dǎo)體時(shí)，必然要增加勢(shì)能，這部分勢(shì)能也只能從金屬片的熱能取得，因此使結(jié)點(diǎn)2處的金屬片“冷卻”下來。當(dāng)電子從N型半導(dǎo)體經(jīng)過結(jié)點(diǎn)1流向金屬片時(shí)，因電子是由勢(shì)能較高的地方流向勢(shì)能較低的地方，故釋放出多余的勢(shì)能，并將其變成熱能，使結(jié)點(diǎn)1處的金屬片加熱，這樣上部的金屬片被冷卻下來，成為冷端;而下部的兩個(gè)聯(lián)接片均放出熱量，成為熱端。

當(dāng)電源正負(fù)極性調(diào)換時(shí)，因電子空穴的流動(dòng)方向?qū)⑴c上述相反，故冷熱端將互換。
綜上所述，半導(dǎo)體制冷的吸熱和放熱是由載流子（電子和空穴）流過結(jié)點(diǎn)時(shí)，由勢(shì)能的變化而引起能量的傳遞，這就是半導(dǎo)體制冷的本質(zhì)。
由于一個(gè)電偶對(duì)產(chǎn)生的熱電效應(yīng)較?。ㄒ话慵s為1.163W左右，視元件的尺寸大小而異），所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)是將數(shù)十個(gè)電偶對(duì)串聯(lián)起來，將冷端放在一起，熱端放在一起，稱為熱電堆，將熱電堆和熱交換器用焊接方式連接起來制成半導(dǎo)體制冷器，如圖2-8所示。其特點(diǎn)是結(jié)合強(qiáng)度高、接觸熱阻小，適用于熱流密度較大的情況。

為了保持電絕緣，在熱電堆和熱交換器之間用金屬化瓷片材料進(jìn)行絕緣。

圖2-8 半導(dǎo)體制冷器的熱電堆
我國(guó)目前應(yīng)用的制冷半導(dǎo)體材料，多數(shù)是以碲化鉍為基體的三元固熔體合金，其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3;N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由于半導(dǎo)體材料性能的限制，目前半導(dǎo)體制冷的效率比一般壓縮式要低，耗電量約大1倍。但在幾十瓦小能量的情況下，由于半導(dǎo)體制冷器的效率與能量大小無關(guān)，故對(duì)微小型制冷裝置，反而比壓縮式經(jīng)濟(jì)。

此外由于半導(dǎo)體制冷器必需使用直流電源，價(jià)格貴，使它的應(yīng)用受到一定的限制。