固态制冷技术是一种基于热电制冷材料的新兴制冷技术：固体制冷技术的研究热点和成果有三种不同的方式：热电材料，结构设计和散热到冷热。
结，并讨论半导体表示的制冷技术热电材料发展的方向判断指数Z的身影，这才能从根本上提高材料的冷却性能，但是搜索是困难和缓慢发展和优化的结构设计可以有效地改善制冷。单元的实际性能系数主要集中在尺寸因子G和热阻的优化上，缺点是处理过程本身很复杂。小热电偶的冷端和热端之间的温差有利于提高冷却能力并且可以显着提高冷却系数。效的散热方法是改善半导体。冷效率的重要因素关键词：固态制冷，热电材料，功绩值，结构，散热中图分类号：TB 66文献标识码：HUANG Semiconductor制冷技术概述张翼摘要：半导体制冷技术是一种新的制冷技术为基础的制冷材料thermoélectrique.Cet文章总结和回顾了研究的热点和半导体制冷技术的成果近年来，在热电材料，结构设计和散热，以及在半导体制冷技术的发展趋势，前景等方面，发现发展Z优点材料，谁可以决定性能的根本制冷难以开发用于thermoélectrique.Bien材料作为优化结构设计（尺寸系数和耐热性）可以的制冷机组性能实际系数，治疗技术是太复杂了。过减小热电偶的热侧和冷侧之间的温差，提高了制冷系数。效的散热方法是提高半导体制冷效率的关键因素。键词：半导体制冷;热电材料;价值;结构;散热随着科学技术的发展，新材料不断涌现。电制冷材料是新兴材料，而固态制冷技术从热电制冷材料发展而来的新技术近年来，随着环境退化的加剧，人们对环境保护，是“京都议定书”和“联合国气候变化框架公约”的基础。是减少温室气体排放和减缓全球变暖的必然趋势。统压缩机制冷对大气臭氧层和温室效应的破坏作用越来越受到关注，而固态制冷不是制冷剂，生态特征已成为研究的热点。态制冷技术主要是珀耳帖效应在制冷中的应用。包括五种效果：效果Peltier，Seebeck，Thomson，Joule和Fourier。对于传统的制冷技术，它具有以下优点：没有制冷剂，环保，没有机械运动部件，稳定和无声的结构，在各种形状的变换所述制冷装置的结构紧凑，可能性，适应性好，冷热端转换方便，只要改变电流方向即可;调整实践通过调节电流或电压，冷却能力可以调节，冷却功率范围被扩展并且单个冷却芯片可以在由串并联连接的制冷系统相结合，从而使功率增加冷却（半导体芯片的热惯性）短时间[1]。管半导体制冷技术是近几年发展迅速，但仍然有缺点，如制冷效率低，其制冷和复杂的加工工艺成本高，这极大地限制了发展，应用这项技术。
半导体制冷技术加快研究，特别是制冷系数（COP），是非常重要的用于其application.A目前，研究的领域的延伸上制冷技术在半国内外的驱动因素主要集中在三个方面：热电材料和结构。计方法和冷却该端部冷热[2]：在半导体制冷的工作原理是冷热电材料在结PN.Après连续通过电流的组合，热电元件经历跌倒温度在一端，温度在另一端升高，将电能转换成热能，这是半导体制冷的基本原理。1 [3]一旦一个或多个对热电元件之间施加的直流电流，温度和热传递的差异将发生在热电对的joint.A一端，电子和空穴离开低级P型材料。接在导体进入高能量N型材料而吸收热量，从而降低了冷却温度，而热电对的另一端呈现相反：释放的热量导致的增加温度，这是珀耳帖效应。温度差发生在电流通过与温度梯度热点构件point.Lorsque发生塞贝克效应，它交换与周围环境热，称为Thomson.Le效应电流穿过热电偶并产生不可逆的焦耳热。热端和冷端之间存在温差时，驱动器会产生热传导，称为傅立叶效应[2]。
导体制冷技术研究的进展侧重于半导体制冷的效率和转型。这一过程的复杂性的主要限制，许多研究人员目前正在热电材料，结构设计和冷却和耗散chaleur.Les的方法对制冷技术半的研究三个方面 - 导体是：热电器件的转换率可以达到10％，这仍然远远低于传统压缩机的冷却效率[4]。是当热电材料的性能足够时，效率可以无限接近卡诺循环的效率。此，探索新的热电材料和现有材料的改进的热电性能已成为热电材料[5]的场一个研究中心：热电材料的特征参数本身也从根本上影响了制冷性能半导体。Z =α2γ/λ，其中：所述特征参数可以由材料的Z系数优点来表示γ是电导率，α是塞贝克系数，λ是热传导率。Z值越大，COP越大，Z值越高。应地增加了导电性和塞贝克系数，降低电导率thermique.Ces三个参数所键合是载流子（电子或离子）和温度的浓度的函数，并且三个参数是相互为了提高性能热电材料，我们必须控制这三个参数，以实现它们之间的最佳平衡。了控制这三个参数，我们必须控制材料本身的载流子浓度，即热电。料优化的基本原理[6].λ包括电子导热λE和λL.网络最近的研究的热传导率已经表明，λ网络的热导率是相对独立的材料性质的电动，不受他人影响。过因素，合金化，晶粒细化和第二相形成以改善晶界扩散可以有效地降低网络上材料的导热性并改善材料的热电性能。9]。了合金材料如的Bi2Te3，的PbTe等的迅速发展，成为最常用的热电材料，它们都具有非常高的电导率值和塞贝克系数[10-11]，制备目前基于Bi2Te3的热电材料主要采取高温真空熔炼[12]。正隆[13]通过增加禁止带和材料的多数载流子的浓度，通过抑制热电性能的过早固有激励的不利影响，并实现所述热电材料的有效最高温度。资忾[14]合并MWCNT和的AgNW与Bi0.4Sb1.6Te3通过冷和分散方法的方法，通过超声波研磨和通过机械研磨球在Bi0.4Sb1.6Te3引入不同尺寸CuAlO 2的，使用纳米粒子和微粒。的化学稳定性协同调节的热导率，电导率和该复合材料的Seebeck系数增加了最大ZT（优点和温度T的乘积Z），并降低了热导率。导电率和塞贝克系数得到改善：Hu等人[15]获得的示出了该多晶Bi0.3Sbl.7Te3得到的约1.3的ZT值380K，和Bi2Te2实验结果。3Se0.7获得约1.2至445 K.哈曼等人的ZT的值[16]已制备的膜超晶格的量子点PbSeTe / PbTe系N，为3的ZT值0，它也具有高导热性和高难度的制备。有机热电材料领域以导电聚合物材料为主要成分。吁俺[17]通过实验研究，得出的结论是引入的AgNW的显著提高PEDOT的电导率：PSS和的AgNW的三维结构是有益的，以增加样品的载流能力。迁移率，而不是同时增加载流子浓度，从而可以在不降低塞贝克系数的情况下提高导电率，并且功率因数作为整体优化。ZT的最终值几乎高出四倍。维热电材料（0D〜3D）以及它们的集成应用研究和新热电材料复合技术是近年来新的研究途径：因为他们的量子阱（量子儿子的厚度）和他们的量子线，它们的热电特性是独一无二的。尺寸可以增加塞贝克系数及其潜力。井表面的声子边界扩散[2]。献[18]已经进行了大量的分析和合成在这方面，以及与量子阱不同尺寸的Bi2Te3变化曲线是obtenue.Les结果表明，该三维材料的ZT值不遵循所述量子阱。值随着价值的变化而变化;随着尺寸的减小，冷库建造ZT值与量子的值的降低很好，这充分说明的材料的小尺寸是用于提高材料的ZT值有益显著增加。电材料的优化的基本原理是改善的导电性和塞贝克系数降低的热导率虽然无机材料和合金正在迅速发展，它们的热导率和较高的难度制备是逐渐更适合发展需要。低材料的尺寸可以显著提高材料的ZT值，有机热电材料具有更高的电导率和塞贝克系数比alliage.Le的超晶格材料可改善不低显着地从电子传递能量并降低材料的导热性。构设计除了热电材料本身的Z系数之外，热电冷却器本身的结构也受到很大影响。却性能由于处理技术的结构的复杂性，半导体制冷的发展极大地限制，特别是：所述表面和冷却装置的厚度，表面的热阻焊接，热电臂的几何形状和流动阻力。等越来越多的研究[19-20]考察接触电阻和热电偶模型热阻嘉尼Mao等人[21]已经系统相比，半导体冰箱和物理性能的结构尺寸热电材料。究，冷却元件的尺寸G因子的程度的S / L比极大地影响最佳的冷却能力和效果（单臂和的工作状态和确定所述材料的热电箱子横截面）当G值在0.06和0.15cm之间时，冷却是显着的。虑到热接触温度和热传导温度的差异，臂的长度在2和5之间。米，热端和冷端之间的设计温度差为20〜30 K的最好的热导率并通过建立的冷藏库的数学模型的改进冷却效率，栗哀钵[22]，半导体单级的冷却能力（0〜2）在低温时G的值增加，所述COP与所述热电模块的设计增加G的值减小时，更多的电流通过增加G值可以使冷却能力高，但是当G值大时获得最大值。应于冷却能力的电流值很大，此时冰箱的效率不令人满意。此，根据在冷却能力的差异，建议设置在0.06和0.40 cm.En此外之间的值G，喜红Lu等[23]如所提到的，该材料的Seebeck系数热电具有正和负的点和所述数字值是不同的，微观传热机构P和N.电偶被différent.En建立半导体冰箱的数学模型不相等部分和模拟数值的温度场，获取臂电动P型，N在其整个长度扁等人[24]已经通过，使用对非相等的横截面的热电偶的能显著提高温差实验证实单级固态冰箱。唇轩等人[25]提出了改变臂研究结构聚焦在热路径上，以最小化热流向冷端，并具有热电对的结构“无限级联”和结构电气对与同轴环臂的温差。辉[26]分析了固态半导体制冷机，研究了结构对制冷性能的影响，以及最佳的两级串联制冷和最佳纵横比，最佳的级间元件数量和最佳工作电流范围，以及吴卫东等。[27]。Ansys Workbench热电模块对二次半导体制冷器进行有限元分析。加半导体制冷部件的高度和减小制冷单元的间隔可以降低半导体的冷结的温度。各级之间，导热系数和臂高度以及导热系数和绝热材料的高度增加，半导体冷端的温度也增加了。[28]使用Ansys软件模拟第四级。导体制冷机的冷却温度示出了热电冷却器是由环境温度的影响，在热端的温度升高的冷却温度上升，随着热电的高度减小。鹈嗯[29]考虑的接触电阻，接触热阻和从空气中间层的热传导和热辐射是热电偶单元的电平的非理想数学模型：长热电臂和空气夹层与热电臂的横截面之间的比率对模块的性能具有更大的影响。并用两个变量的增加，冷却能力和COP都增加，然后再下降，最大的冷却容量和最佳臂长度的最大COP和的比表面不同。Meng等人[30]已经采用了简化的共轭梯度方法使用长度和热电臂作为优化变量的面积的比例的热电冷却器对数，并优化能源生产的效率和输出功率作为目标函数，并获得考虑输出功率和输出效率的最佳尺寸。合价值：与热电元件接触的改进的热阻和热电臂的尺寸是改善冰箱性能的最有希望的方式之一。着G值的增加，COP先增加后减小。此，需要根据不同的冷却能力选择合适的G值.P和N端的传热机制是不同的，并且使用不等截面的热电偶对可以进一步改善制冷。单元的冷却能力：随着进一步的研究，开发和利用多层半导体因素，简化的共轭梯度方法结合的两个关键因素，并且冰箱半导体的优化导体将成为研究的热点。Li Maode等人[31]表明，在SS制冷中，冷热端温度对制冷性能有很大影响，特别是热端的热量需要及时释放。保制冷效率。端散热方法已成为影响半导体制冷性能的关键因素之一。伟[32]通过分析半导体制冷机的冷端和热端的传热并测量传输，得到了散热性能和散热热强度的微分方程。图2中示出的冷却能力的热膨胀系数的影响要强调的是该热电偶的热端和冷端之间的温度差的减小是有利的，以增加冷却能力，并且还可以增加显著缔约方大会。以看出，随着传热系数的增加，半导体的冷却能力逐渐增加，但上升趋势逐渐增加。前的散热方法包括通过空气冷却散热，液体冷却散热和相变散热。不仅仅是强制风冷。冷的传热系数比自然空气冷却的传热系数高100到1000倍[4]。变热量进一步应用于戴元德等人的散热器。[33]分析和比较了固态制冷系统热部分的各种散热过程，并得到了相同的实验工作。建成[34]通过理论计算和实验分析对翅片散热器和传热散热器进行了比较。
产品几乎是翅片散热器的四倍。此，热管散热器的传热能力比散热鳍片与散热器式热管的更大的与半导体元件的冷却接触在温度上层热门。加热散热器组成的半导体制冷模块具有以下特点：快速冷却速度，高COP和低功耗.Esarte和他的同事[35]使用数值模拟来使用散热片在半导体冰箱的冷端。变热虹吸管的散热和散热是两种方式，实现了制冷条件下散热器两个表面的温度分布。变热虹吸管的热阻较低，散热性能较好。（Gholamalizadeh等[36]研究已显示，程仙药[37]使用FLUENT软件来模拟散热片，散热器热管和散热器扁平管的扁平管散热器，流体小号结果表明，扁管散热器制冷系统具有最高的能效系数和最佳的散热效果，而制冷系统具有板式散热器散热具有最低的能效系数和最差的散热效果。
时，对板式散热器的散热片进行了模拟和优化，获得最佳鳍片数量鳍片的高度越高，散热能力越高。平管的入口不应太小，流速太低。体在扁平管的流动是不均匀的，当输入流量是米/秒之间0和0.1，变化的速度对散热效果有很大的影响。流速大于0.1m / s时，影响很小。于空气冷却的散热效率低研究表明，在扁平管散热器具有最好的效果，并且该散热器热管具有稍大的效果，但该装置是更简单和更当然，由于其低成本和小占地面积，当制冷片的热通量密度低时，翅片式散热器可能是优选的。实际使用中，应根据工作条件选择合适的散热方法。何在使用冰箱的制冷能力，使用冰箱的冷端使用的散热也是对未来的结论半导体制冷技术的研究领域一直是主题由于其安静，稳定和生态操作，低耗材和长使用寿命，持续受到关注。事，医疗和生物制药行业也有很大的发展潜力：虽然半导体制冷目前存在制冷效率低和加工技术复杂等局限性，但用户更加关注环境，半导体应用固态制冷领域不断发展，市场对固态制冷的需求将越来越大，制冷技术的发展前景半导体制冷技术必须首先寻求热电材料的突破，研究应该以量子理论为指导。过利弊，探索具有较高的ZT值的材料，通过合成掺杂提高材料的微观结构，减少设计等，并增加existants.L'optimisation材料结构设计的目的的优点的值主要是为了减少焊接表面。变热电臂几何形状的热阻试图使用具有不等横截面的一对热电偶。构优化在很大程度上取决于加工工艺的改进，冷热端的散热应尽可能降低热阻，改善冰箱。面温度场的均匀性消除了热损失。使用中，应比较不同散热方法的优缺点。根据不同的工作条件，选择合适的冷却方法。
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