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半导体制冷技术的发展

发布时间:2020/04/12 新闻资讯 浏览:2592

热电制冷器的物理理论可以追溯到19世纪早期。1821年由德国科学家托马斯·塞贝克发现在一个由两种不同金属导体构成的闭合回路中,当两个接头的温度不同时,回路中会有持续的电流流动。1834年,一个法国制表师兼物理学家简·珀尔帖在研究塞贝克效应的过程中发现,这一现象具有一个相反的现象,也就是当闭合回路中有电流流动的时候,两个接头之一会吸热,而另一个会放热。20年后,威廉姆·汤姆逊(即开尔文勋爵)为塞贝克效应和珀尔帖效应提出了一个系统的解释,并建立了两者的关系。在很长时间里,温差电领域中只有用热电偶测量温度得到了广泛应用。直到1960年前后前苏联科学家完善了以Bi2Te3为代表的化合物半导体材料的制备技术,才使得商业化的热电制冷器才有所发展。半导体致冷器,是基于帕尔贴效应开发的固态加热、制冷器件。

半导体制冷技术主要包含五种不同的热电效应:汤姆逊效应、傅立叶效应、焦耳效应、塞贝克效应和帕尔帖效应。傅立叶效应指的是经过均匀的介质沿着某一方向传递的热量与该方向温度梯度的乘积和垂直这个方面的面积的乘积成正比;焦耳效应指的是稳定电流产生的热量等于电流平方和导体电阻的乘积;汤姆逊效应的具体含义则是有温度梯度的导体在电流过后,周围的环境和导体之间会出现能量交换的现象;塞贝克效应指的是两种不同的导体组成闭合回路,当其中的两个连接点温度不同时,电动势的现象就会产生;而塞贝克效应的逆过程就会形成帕尔贴效应,两种不同的材料构成回路时,回路的两端会分别放出和吸收热量。

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