半导体制冷的应用和有哪些半导体制冷实训设备

半导体制冷器件分类
半导体制冷器件大致可以分为四类
（1）用来冷却某一对象或者对某个特定对象实行散热，这种情况大量出现在电子工业领域中；
（2）用来恒温，小到对个别电子器件维持恒温 ，大到如制造恒温槽，空调器等;
(3)制造成套仪表器具设备，如环境实训箱，小型冰箱，各种热物性测量试验仪表器具等;
(4)民用设备，冷藏烘烤两用箱，冷暖风机等。

半导体制冷的应用
（1）在高技术领域和军事领域
对红外探测器，激光器和光电倍增管等光电器件的制冷。比如，德国Micropelt公司的半导体制冷器体积非常小，只有1个平方毫米，可以和激光器一起使用TO封装。
（2）在农业领域的应用
温室里面过高或过低的温度（℃）（℃），全部将导致秧苗坏死，尤其部分名贵植物对环境更加敏感，迫切需要将适宜的温度（℃）（℃）检验测量试验及控制系统应用来现代农业。
（3）在医疗领域中的应用
半导体温控系统在医学上的应用更为广泛。如：用来蛋白质功能研究、基因扩增的高档PCR仪、电泳仪及一些智能精确温控的恒温仪培养箱等；用来研发设定有特殊温度（℃）（℃）平台的扫描探针显微镜等。
（4）在激光领域中的应用
激光技术用美容仪表器具，微型零件加工等，其在作业中全部产生局部热，经过半导体制冷器，应用水冷或微型制冷器冷却。
（5）在实训室装置方面
如实训用的显微镜摄像头[1]，冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测量试验装置、各种恒温、高低温实训仪片
（6）在日常生活方面的应用
空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱、电脑以及其他电器等。--还有其它方面的应用，这里就不一一提了

半导体制冷的优点
半导体制冷器的尺寸小，可以制成体积不到1cm小的制冷器；重量（kg）（kg）轻，微型制冷器往往能够小到只有几克或几十克。无机械传动部分，作业中无噪音，无液、气作业介质，因而不污染环境，制冷功能数值不受空间方向以及重力影响，在大的机械过载条件下，能够正常地作业;经过调动作业电流（A）（A）的大小，可便利调动制冷速率；经过变换电流（A）（A）方向，可使制冷器从制冷状态转变为制热作业状态；作用速度快，使用寿命长，而而且易于控制。

半导体制冷器件的作业原理
半导体制冷器件的作业原理是基于帕尔帖原理，该效应是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的，即运用当两种不一样的导体A和B包括的电子线路而而且通有直线DC电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量，而而且帕尔帖效应所引起的这种情况是可逆的，改变电流（A）（A）方向时，放热和吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热量与电流（A）（A）强度I[A]成正比，而而且与两种导体的性质及热端的温度（℃）（℃）有关，即： Qab=Iπab
πab称做导体A和B之间的相对帕尔帖系数 ，单位为[V], πab为正值时，表示吸热，反之为放热，由于吸放热是可逆的，所以πab=－πab
帕尔帖系数的大小取决于含有概括闭合线路的材料的性质和接点温度（℃）（℃），其数值可以由赛贝克系数αab[V.K-1]和接头处的绝对温度（℃）（℃）T[K]得出πab=αabT与塞贝克效应相，帕尔帖系也设定有加和性，即：
Qac=Qab+Qbc=(πab+πbc)I
因此绝对帕尔帖系数有πab=πa－ πb
金属材料的帕尔帖效应对比微弱，而半导体材料则要强得多，因而得到实际应用的温差电制冷器件全部是由半导体材料制成的。

半导体制冷材料的发展
AVIoffe和AFIoffe指出，在同族元素或同种类型的化合物质间，晶格热导率Kp--平均原子量A的增长呈下降趋势。RWKeyes经过实训推断出，KpT近似于Tm3/2ρ2/3A-7/6成比例，即近似与原子量A成正比，因此 通常应选取由重元素包括的化合物作为半导体制冷材料。

半导体制冷材料的另一个巨大发展是1956年由AFIoffe等提出的固溶体课程课程理论，即运用同晶化合物形成类质同晶的固溶体。固溶体中掺入同晶化合物引入的等价置换原子产生的短程畸变，使得声子散射多加，从而降低了晶格导热率，而对载流子迁移率的影响却很小，因此使得优值系数增大。例如50%Bi2Te3－50%Bi2Se3固溶体与Bi2Te3相对比，其热导率降低33%，而迁移率仅稍有多加，因而优值系数将提升50%到一倍。

几种热电功能良好的半导体制冷材料
Ag(1-x)Cu(x)Ti Te、Bi－Sb合金和YBaCuO超导材料等曾经成为半导体制冷学者的研究对象，并经过实训证明可以成为良好的低温制冷材料。下面将分别简介这几种热电功能良好的半导体制冷材料。
二元Bi2Te3－Sb2Te3和Bi2Te3－Bi2Se3固溶体
二元固溶体，无论是P型还是N型，晶格热导率均比Bi2Te3有较大降低，但N型材料的优值系数却提升很小，这可能是因为在Bi2Te3中引入Bi2Se3时，--Bi2Se3摩尔含量的不一样呈现出两种不一样的导电特性，势必会使两种特性全部不会很强，经过合适的掺杂虽可以增强材料的导电特性，提升材料的优值系数，但归根结底还是应该在本题物质上有所突破。
三元Bi2Te3－Sb2Te3－Sb2Se3固溶体
Bi2Te3 和Sb2Te3是菱形晶体构造，Sb2Se3是斜方晶体构造，在除去大Sb2Se3浓度外的较宽组份界限内，他们可以形成三元固溶体。无掺杂时，此固溶体呈现P型导电特性，经过合适的掺杂，也可以转变为N型导电特性。在二元固溶体上添加Sb2Se3有两个优点：首先是提升了固溶体材料的禁带宽度。其次是可以进一步降低晶格热导率，因此Sb2Se3不论是晶体构造还是还是平均原子量，全部与Bi2Te3 和Sb2Te3相差很大。当三元固溶体中Sb2Te3+5% Sb2Se3的总摩尔含量在55%～75%界限时，晶格热导率最低，约为0.8×10-2W/cm K，这个值要略低于二元时的最低值0.9×10-2W/cm K。
但是，添加Sb2Se3也会降低载流子的迁移率，将会降低优值系数，因此必须控制Sb2Se3的含量。
P型Ag(1-x)Cu(x)Ti Te材料
AgTi Te材料由于设定有很低的热导率（k=0.3 W/cm K）,因此如能经过合适的掺杂提升其载流子迁移率μ和电导率σ，将有可能得到较高的优值系数Z。RMAyral-Marin等人经过实训研究，发现将AgTi Te和CuTi Te经过理想的配比形成固溶体，运用Cu原子替换掉部分Ag原子后，可以得到一种功能良好的P型半导体制冷材料Ag(1-x)Cu(x)Ti Te，其中x在0.3左右时，材料的热电功能最好。由此可见Ag(1-x)Cu(x)Ti Te的确是一种良好的P型半导体制冷材料。
N型Bi－Sb合金材料
无掺杂的Bi－Sb合金是目前20K到220K温度（℃）（℃）凡内优值系数最高的半导体制冷材料，其在富Bi区域内为N型，而当Sb含量超过75%时将转变为P型。在Bi的单晶体中引入Sb，没有改变晶体构造，也没有改变载流子（含有概括电子和空穴）浓度，但是拉大了导带和禁带之间的宽度。Sb的含量为0～5%时禁带宽度约为0eV，即导带和禁带相连，属于半金属；Sb含量在5%～40%时，禁带宽度值基础是在0.005eV左右，当Sb的含量在12%～15%时，达到最大，约为0.014eV，属于窄带本征半导体。由上文所述，禁带宽度的多加必将提升材料的温差电动势。80K到110K温度（℃）（℃）界限内，是Bi85Sb15的优值系数最高，高温时则是Bi92Te8最高。
YBaCuO超导材料
按照上面的简介可知,在50K到200K的温度（℃）（℃）界限内,功能最好的半导体制坑材料是n型Bi(100-x)Sbx合金，其中Sb的含量在8%～15%。在100K零磁场的情况下，Bi－Sb合金的最高优值系数可达到6.0×10-3K-1，而基于Bi、Te的p型固溶体材料在100K时的优值系数却低于2.0×10-3K-1并而而且--温度（℃）（℃）的下降迅速减小。--必须寻找一种新的p型低温热电材料，以和n型Bi－Sb合金包括半导体制冷电对。运用高Tc氧化物超导体代替p型材料，作为被动式p型电臂（称为HTSC臂，即High Tc Supercon－ducting Legs）,课程课程理论上可以提升电队的优值系数，经过实训证明也确实可行。：
由于HTSC超导材料的温差电动势率α几乎为零，但其电导率无限大，因此热导率κ和电导率δ的比值κ/δ却是无限小的

Mosolov A B等人分别运用以SrTiO3座基地的YBaCuO超导薄膜和复合YBaCuO－Ag超导陶瓷片作为被动式HTSC臂材料，用Bi91Sb9合金作为n型材料，制成单级半导体制冷器。实训成果表明：运用YBaCuO超导薄膜制成的制冷器，热端温度（℃）（℃）维持在85K，零磁场时可达到9.5K的最大制冷温差，加上0.07T横向磁场时能达到14.4K;运用YBaCuO－Ag超导陶瓷片制成的单击制冷器，热端温度（℃）（℃）维持在77K时，相应的最大制冷温差分别是11.4K和15.7K。从半导体制冷器最大制冷温差计算公式，可以反算出80Kzuoyou这种制冷电对的优值系数约为6.0×10-3K-1，可见这种电对集合是有着很好的应用潜力的。--高Tc超导体材料的发展，这种制冷点队的热端温度（℃）（℃）将会逐渐提升，优值系数也将逐渐增大，比将获取跟广泛的应用。

温差半导体发电技术，它的作业原理是在两块不一样性质的半导体两端设定一个温差，于是在半导体上就产生了直线DC电压（V）（V）。温差半导体发电有着无噪音、寿命长、功能平稳等特别点。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在实际中得到越来越广泛的应用。
温差发电是一种新型的发电方法，运用塞贝尔效应将热能直接变换为电能。以半导体温差发电模型块制造的半导体发电动机,只要有温差存在即能发电。作业时无噪音、无污染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。
半导体温差发电动机,目前主要用来油田、野外、军事等领域。如美国Teledyne Inc. 研发的军用、油田专用发电动机年销售额超过十亿美元。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用来太阳能、地热、工业废能等的运用，使热能直接转化为电能。--半导体发电模型块体积小，重量（kg）（kg）轻，便利携带，可广泛用来小家电制造、仪表器具仪表、玩具及旅游业。
--保护环境、节约能源的呼声越来越高、运用温差发电可能是发展大方向、从小型器件到大型电站,越来越多地从实训室课程课程理论应用到实践中去。
目前最新研发的半导体温差发电集合套件,属国内领先水平，其内阻小、耐高温、长寿命。完全符合研发温差发电动机的需要。
若两面温差能达到摄氏60度，则发电电压（V）（V）可达到3.5V电流（A）（A）可达到3-5A
--保护环境，节约能源的呼声越来越高，运用温差电集合套件发电可能是大方向，要达到半导体温差发电的目的需做到：
1、内阻小，否则功率（W）（W）输不出来；
2、耐高温；
3、长寿命

ZR-JD45半导体制冷技术实训装置

一、 基础简介
"ZR-JD45半导体制冷技术实训装置"应用大功率（W）（W）半导体制冷片，并经过实操操作面板上的钮子开关使半导体制冷片作业于热泵和热机不一样的状态，分别来演示并检验帕尔帖效应和塞贝克效应。
半导体制冷技术实训装置适合于高职院校、职业学校制冷专业和非制冷类专业的《半导体制冷》、《制冷设备维修工》、《制冷设备维修工技师培训教学图纸文档实训指导书及实训指导书》的教学与技能的提升。本实训装置也适合技工学校、职业培训学校、职教中心、鉴定站/所、制冷类专业的技能鉴定考核。

二、 装置特别点
1． 应用大功率（W）（W）半导体制冷集合套件作为冷源，不需要干冰、氨、氮、氟利昂等制冷剂，温度（℃）（℃）低、制冷快、寿命长。设定有无污染、无噪声、无振动、无磨损，可连续作业。
2． 直观快强：可以直观的查看制冷片冷端结冰的全过程，深入掌控把握半导体制冷片的作业原理。
3． 可实操性强：用实操操作面板上提供的钮子开关，可以便利的变换半导体制冷片的作业状态，既能定性查看实训情况，又能经过测量仪表定量测量。
三、 技术功能
1． 写入电源：一相三线~220V±10% 50HZ
2． 作业环境：温度（℃）（℃）-10℃~+40℃ 相对湿度<85%（25℃）海拔<4000m
3． 装置容量（KV）（KV）：<0.8KWA
4． 外型尺寸:1200mm×730mm×1400mm
5． 安全保护:设定有漏电保护装置,安全符合国家标准
四、实训装置的基础配备装备及功能
实训装置由控制屏、实训桌及半导体制冷机组等包括。
1．控制屏（钢制双层亚光密纹喷塑构造，金属铝实操操作面板）
（1）直线DC数字电压（V）（V）表（1个）：测量界限0~20V，按键变换档位，应用三位半数码显露，精确度0.5%。写入阻抗为10M。经过琴键变换可分别显露半导体制冷片A的写入电压（V）（V）、半导体制冷片B的写入电压（V）（V）、半导体制冷片A的输出电压（V）（V）、半导体制冷片B的输出电压（V）（V）。
（2）直线DC稳压电源（2个）：提供0~15V连续可调的直线DC电源，电流（A）（A）为10A，为半导体制冷片提供电源。
（3）计时器：按下复位按钮时，开始计时，单位为秒。
（4）直线DC数字电流（A）（A）表（2个）：测量界限0~10A，应用三位半数码显露，精确度0.5%。直线DC数字电压（V）（V）表（一）显露半导体制冷片A的写入电流（A）（A），直线DC数字电压（V）（V）表（二）显露半导体制冷片B的写入电流（A）（A）。
（5）温度（℃）（℃）控制器（3个）：PID智能温度（℃）（℃）调动器，设定有PID智能温度（℃）（℃）控制加AI人工智能调动功能，分别可以监测半导体制冷片A的冷热端温度（℃）（℃）、半导体制冷片B的冷热端温度（℃）（℃）、空器的温度（℃）（℃）。
（6）加热器（2个）：功率（W）（W）为180W，当制冷片作业在热机时，加热器对其表面实行加热。
（7）微型水泵（1个）：使水冷液循环对半导体制冷片的热端实行散热。
（8）音乐片和直线DC电动机：当半导体制冷片作业在热机时，其输出的电压（V）（V）可以驱动音乐片和直线DC电动机。
2．实训桌
实训桌为钢制双层亚光密纹喷塑构造，桌面为防火烧烧、防水浸浸、耐磨损损高密度板，构造坚固，造型美观大方；桌面用来装配电源控制屏并提供一个宽敞舒适的作业台面，设定有两个抽屉。实训桌还设定有四个万能转向轮，便利位移和固定。
3． 半导体制冷机组
由两片半导体制冷片、水冷头、散热排、水泵、水冷液、水管、有机玻离水箱、传热铝板等包括的水冷式半导体制冷机组，可直观查看水冷散热系统的作业原理及情况。
五、 实训内容
1． 半导体制冷实训装置的认知
2． 半导体制冷片作业在热泵时的作业原理
3． 半导体制冷片作业在热泵时的功能数值测量试验
4． 半导体制冷片作业在热机时的作业原理
5． 半导体制冷片作业在热机时的功能数值测量试验