賈艷婷，徐昌貴，閆獻(xiàn)國，田志峰

（1.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西太原 030024；2.北京工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 010000；3.中國電子科技集團(tuán)第二研究所，山西太原 030024）

1 前 言

中國是一個能耗大國，如何能降低能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研究和開發(fā)具有環(huán)境友好型的技術(shù)就成為一種必須。半導(dǎo)體制冷作為一種新興發(fā)展起來的制冷技術(shù)，是一種具有良好前景的制冷方式。由于半導(dǎo)體制冷具有清潔、無噪音污染和有害物質(zhì)排放、壽命長、堅(jiān)固、可靠性高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，符合綠色環(huán)保要求，對國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。

半導(dǎo)體制冷與其他的制冷方式相比有其優(yōu)點(diǎn)：

（1）沒有機(jī)械制冷的運(yùn)動部件，從而沒有振動和噪聲，也就不用擔(dān)心液擊和磨損。所以工作可靠，維護(hù)操作簡便。

（2）不使用制冷劑，所以不存在配套制冷管路制冷劑泄漏和對環(huán)境污染問題。

（3）冷熱轉(zhuǎn)換方便，只要使電流反向，制冷工況就變成熱泵工況。這種變換效能比任何機(jī)械式制冷都要方便和可靠，而且熱泵制熱效率比電熱器高。

（4）其制冷器件可以做成各種形狀，以適應(yīng)不同特殊場合的要求。

（5）半導(dǎo)體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但效率不會因?yàn)槔淞啃《档?。通過串、并聯(lián)的方法將同類型電堆組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做得很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

（6）能量調(diào)節(jié)性能好。調(diào)節(jié)工作電壓或電流就可調(diào)節(jié)制冷量。能量調(diào)節(jié)對效率基本沒有影響，而且通過溫度檢測和控制手段容易做到高精度調(diào)節(jié)。

（7）半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時(shí)間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差。

總之，由于其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可靠性強(qiáng)，制冷迅速，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制，無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用范圍滲透到各個行業(yè)，尤其在制冷量不大，又要求裝置小型化的場合，更有其優(yōu)越性，甚至在某些方面，有著壓縮式無法替代的能力。在日常生活方面，應(yīng)用于空調(diào)、冷熱兩用冰箱、飲水機(jī)等，在實(shí)驗(yàn)室裝置方面應(yīng)用于冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恒溫、高低溫實(shí)驗(yàn)儀片。在醫(yī)療方面應(yīng)用于冷理、冷合、白內(nèi)障摘除片、血液分析儀等。在軍事方面應(yīng)用于導(dǎo)彈、雷達(dá)、潛艇等方面的紅外線探測、導(dǎo)航系統(tǒng)。在專用裝置方面，石油產(chǎn)品低溫測試儀、生化產(chǎn)品低溫測試儀、細(xì)菌培養(yǎng)箱、恒溫顯影槽、電腦等。但由于半導(dǎo)體制冷的效率比較低，再加上加工制造工藝比較復(fù)雜，在很大程度上限制了半導(dǎo)體制冷的推廣和應(yīng)用[2-4]。

2 半導(dǎo)體制冷的工作原理

熱電制冷是具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料，在通過直流電時(shí)具有制冷功能，由于半導(dǎo)體材料具有最佳的熱電能量轉(zhuǎn)換性能特性，所以人們把熱電制冷稱為半導(dǎo)體制冷。半導(dǎo)體制冷是建立于塞貝克效應(yīng)、珀?duì)柼?yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)、傅立葉效應(yīng)共五種熱電效應(yīng)基礎(chǔ)上的制冷新技術(shù)。其中，塞貝克效應(yīng)、帕爾貼效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)三種效應(yīng)表明電和熱能相互轉(zhuǎn)換是直接可逆的，另外兩種效應(yīng)是熱的不可逆效應(yīng)。

（1）塞貝克效應(yīng)，1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)在用兩種不同導(dǎo)體組成閉合回路中，當(dāng)兩個連接點(diǎn)溫度不同時(shí)（T1＜T2），導(dǎo)體回路就會產(chǎn)生電動勢（電流）。

（2）珀?duì)柼?yīng)，珀?duì)柼?yīng)是塞貝克效應(yīng)的逆過程。由兩種不同材料構(gòu)成回路時(shí)，回路的一端吸收熱量，另一端則放出熱量。

（3）湯姆遜效應(yīng)，若電流過有溫度梯度的導(dǎo)體，則在導(dǎo)體和周圍環(huán)境之間將進(jìn)行能量交換。

（4）焦耳效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)由穩(wěn)定電流產(chǎn)生的熱量等于導(dǎo)體電阻和電流平方的乘積。

（5）傅立葉效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過均勻介質(zhì)沿某一方向傳導(dǎo)的熱量與垂直這個方向的面積和該方向溫度梯度的乘積成正比。

半導(dǎo)體制冷原理：

半導(dǎo)體制冷是利用半導(dǎo)體材料組成P-N結(jié)，通過兩端施加直流電進(jìn)行制冷，將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能的技術(shù)。

載流子從一種材料遷移到另一種材料形成電流，而每種材料載流子的勢能不同。因此，為了滿足能量守恒的要求，載流子通過結(jié)點(diǎn)時(shí)，必然與其周圍環(huán)境進(jìn)行能量的交換。能級的改變是現(xiàn)象的本質(zhì)，這使構(gòu)成制冷系統(tǒng)成為可能。

圖1 半導(dǎo)體制冷工作原理

如圖1把一只P型半導(dǎo)體元件和一只N型半導(dǎo)體元件聯(lián)結(jié)成熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會產(chǎn)生溫差和熱量轉(zhuǎn)移。在上面的接頭處，電流方向是N→P，溫度下降并吸熱，這就是冷端。而在下面的接頭處，電流方向是P→N，溫度上升并放熱，因此是熱端。

3 半導(dǎo)體制冷技術(shù)研究現(xiàn)狀

半導(dǎo)體制冷一直是半導(dǎo)體工業(yè)和材料工業(yè)領(lǐng)域的主要研究對象，由于其材料、工藝和其他條件的限制，致使半導(dǎo)體制冷技術(shù)的整體設(shè)備技術(shù)性能還不能與機(jī)械式制冷相抗衡。研究者們已經(jīng)做了許多的工作，并且取得了很大的成果。

經(jīng)過對參考文獻(xiàn)的分析和總結(jié)，影響半導(dǎo)體制冷的主要因素包括：半導(dǎo)體制冷理論、半導(dǎo)體材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳熱方式四方面的內(nèi)容。

3.1 半導(dǎo)體制冷理論

G.Min和D.M.Rowe將金屬半導(dǎo)體界面視為簡單的費(fèi)米氣體、固體界面，從機(jī)理上探討了帕爾貼效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)的微觀本質(zhì)[5]性能組合優(yōu)化設(shè)計(jì)。吳兆琳等[6]經(jīng)實(shí)測給出了半導(dǎo)體制冷的最佳化設(shè)計(jì)。楊玉順等[7]分析了熱電循環(huán)中獲得最大制冷量、最大制冷溫差和最大制冷系數(shù)的條件，并給出了兩種不同設(shè)計(jì)方法的最佳特性參數(shù)選擇的原則。陳振林和孫中全按照最大工作效率對半導(dǎo)體多級制冷的基本公式進(jìn)行了理論推導(dǎo)[8]，陳振林等[9]對多級制冷器的相關(guān)公式進(jìn)行了推導(dǎo)，并提出了關(guān)于多級半導(dǎo)體制冷器的一些重要結(jié)論。Kenichi等[10]提出了修正的Ioffe理論，并對穩(wěn)態(tài)的數(shù)值模擬方法作了闡述。J.G.Stockholm等[11]通過建立數(shù)學(xué)模型，從熱力學(xué)和傳熱學(xué)角度對半導(dǎo)體制冷過程作了深入的理論討論，并研究了電流、空氣流量、熱電材料厚度及特性對制冷性能的影響。在實(shí)驗(yàn)和實(shí)際中，總結(jié)出散熱量等于其制冷量與輸入功率之和，散熱問題對制冷效率的提高起到至關(guān)重要的作用，熱端溫度越高，冷熱端溫差越大，其制冷量越小，效率越低的特點(diǎn)。從文獻(xiàn)研究來看，半導(dǎo)體制冷技術(shù)的理論研究基本成熟。

3.2 半導(dǎo)體材料

隨著半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展，前蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所約飛院士發(fā)現(xiàn)摻雜的半導(dǎo)體材料[12]，有良好的發(fā)電和制冷性能。這一發(fā)現(xiàn)引起學(xué)者們對熱電現(xiàn)象的重視，開啟了半導(dǎo)體材料的新篇章，各國的研究學(xué)者均致力于尋找新的半導(dǎo)體材料。近年來，為了在現(xiàn)有材料的條件下不斷提高半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)就成為了主攻的方向[13-27]。2001年，Venkatasubramanian等人制成了目前世界最高水平的半導(dǎo)體材料系數(shù)2.4[28]。但這種材料價(jià)格過于昂貴，目前還在研究階段，還沒有進(jìn)入家電領(lǐng)域，但其理論和技術(shù)為研究新的高優(yōu)值半導(dǎo)體指明了新方向，在不久將來可能會取得重大進(jìn)展[29]。目前世界上大多數(shù)的半導(dǎo)體材料的無量綱值在1左右，還遠(yuǎn)小于由固體理論模型和較為實(shí)際的數(shù)據(jù)計(jì)算所得的上限4，故對材料領(lǐng)域的研究仍有很長的路要走，這是半導(dǎo)體制冷技術(shù)能否取得突破的關(guān)鍵所在[30]。而Boff等提出，半導(dǎo)體制冷系數(shù)提高到2.0以上，則其優(yōu)值系數(shù)需提高到13×10-3K-1的水平。但是，至今世界主要國家研究的半導(dǎo)體制冷元件的優(yōu)值系數(shù)仍不理想，如：美國RCA實(shí)驗(yàn)室Jiml[31]研究結(jié)果為 ZP≈3.4×10-3K-1；Z≈3.2×10-3K-1n。英國通用電氣公司GoldCffodl[32]研究的ZP≈3.3×10-3K-1；Z≈3.0×10-3K-1n。BaMin.G，D M Rowe和Kontostavlakis K等還探討了在大溫差下材料優(yōu)值系數(shù)的變化問題[33]。

宜向春、蔡德坡和吳雄等在考察半導(dǎo)體制冷材料發(fā)展的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了影響半導(dǎo)體材料優(yōu)值系數(shù)的幾個因素，并對幾種半導(dǎo)體材料的性質(zhì)作了詳細(xì)說明，對未來半導(dǎo)體材料的發(fā)展作了有益的探索[34-41]。優(yōu)值系數(shù)的研究有，Mole[31]等認(rèn)為，減少聲子傳導(dǎo)率，即可大大提高半導(dǎo)體制冷堆的優(yōu)值系數(shù)。半導(dǎo)體材料的優(yōu)值系數(shù)除與電極材料有關(guān)，也與電極的截面和長度有關(guān)，不同電阻率和導(dǎo)熱率的電極應(yīng)有不同的幾何尺寸，只有符合最優(yōu)尺寸才能獲得最大優(yōu)值系數(shù)的半導(dǎo)體制冷器[13，42-46]。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包括改進(jìn)半導(dǎo)體制冷器的制造工藝過程、設(shè)計(jì)外部換熱方式、優(yōu)化內(nèi)部熱電偶結(jié)構(gòu)以及整體熱電器件結(jié)構(gòu)這幾個方面。可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)半導(dǎo)體制冷模塊，減小半導(dǎo)體制冷模塊的理想性能系數(shù)和實(shí)際性能系數(shù)間的差值，提高半導(dǎo)體制冷器的實(shí)際制冷性能[47]。M.Yamanashi提出了半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法[48]，Taylor[49]建立了半導(dǎo)體制冷設(shè)備非穩(wěn)態(tài)溫度場的簡單模型。Xuan[50]對多級半導(dǎo)體制冷器作了闡述，認(rèn)為分離的電流不僅能提供大的制冷能力，而且有更高的制冷系數(shù)。王宏杰和陳金燦對耦合半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)性能特性進(jìn)行了優(yōu)化分析，導(dǎo)出了多級制冷最大制冷系數(shù)和制冷率的公式，最大工作電流的范圍和兩級半導(dǎo)體元件的最佳比的取值范圍。文獻(xiàn) [51]提出加工工藝對半導(dǎo)體制冷的影響因素有：附加傳熱溫差、焊縫電阻、散熱交換和原件性能。

3.4 傳熱方式

由于半導(dǎo)體制冷的散熱量等于其制冷量和輸入功率之和，因此半導(dǎo)體制冷熱端散熱效果是影響半導(dǎo)體制冷性能的重要因素[52-60]。國內(nèi)外學(xué)者在文獻(xiàn)[59]～[63]中提出，采用各類強(qiáng)化散熱方式可以提高制冷效率，有空氣自然對流散熱、強(qiáng)迫對流散熱、水冷散熱、相變沸騰換熱等方式，均可以收到良好的效果。由于散熱方式的選擇在半導(dǎo)體制冷的設(shè)計(jì)中很重要，所以選擇何種方式應(yīng)綜合考慮半導(dǎo)體制冷器的用途及散熱效率。李茂德[54]討論了散熱強(qiáng)度對制冷器的影響分析；任欣[64]給出了半導(dǎo)體制冷器在有限的熱端散熱強(qiáng)度下不同制冷工況的試驗(yàn)研究，并推導(dǎo)出最佳工況下半導(dǎo)體制冷器的工作電流和制冷量的近似公式；殷亮[65]對半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行了瞬態(tài)的數(shù)值計(jì)算以及冷端溫度的分析；李茂德[66]用有限差分建立的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)溫度場的傳熱模型及王華軍對低溫半導(dǎo)體熱電堆內(nèi)部溫度分布進(jìn)行了動態(tài)特性分析。有學(xué)者[51-52，67-70]對半導(dǎo)體制冷過程中散熱強(qiáng)度對制冷性能的影響作了比較詳細(xì)的分析研究，并認(rèn)為適當(dāng)提高散熱強(qiáng)度可以改善半導(dǎo)體制冷的制冷性能，但是不能無限制地通過提高散熱強(qiáng)度來提高其制冷性能。

通過研究半導(dǎo)體制冷的影響因素，在研究過程中，總結(jié)出的研究方法有：理論研究，計(jì)算分析，實(shí)驗(yàn)，對比分析。通過對半導(dǎo)體以及半導(dǎo)體制冷的原理研究，可以提供理論基礎(chǔ)，從中得到的計(jì)算公式可以得出理論最優(yōu)值，為以后的工作奠定了基礎(chǔ)和方向。然后對具體的工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以找到其中的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響，并且修正之前的理論。最終進(jìn)行系統(tǒng)的綜合分析和研究，得到相應(yīng)的結(jié)論，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際和研究。

4 半導(dǎo)體制冷的熱點(diǎn)、難點(diǎn)及存在的主要問題

4.1 半導(dǎo)體制冷的熱點(diǎn)

通過上面的分析可以看出，近年來有關(guān)半導(dǎo)體制冷的研究得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。其關(guān)注的研究對象包羅萬象，幾乎涉及到所有領(lǐng)域，如軍事、科學(xué)、航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、生化和日常生活用品等。目前的研究水平還局限于半導(dǎo)體制冷的材料，最大制冷量和最大制冷效率，距離實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制冷的廣泛應(yīng)用還有較大差距。半導(dǎo)體制冷的材料和熱端散熱效果一直是半導(dǎo)體制冷的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對半導(dǎo)體制冷的研究主要集中在半導(dǎo)體材料研究開發(fā)、模塊設(shè)計(jì)制造和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面，這需要從原理上對半導(dǎo)體制冷進(jìn)行分析。與此同時(shí)，半導(dǎo)體制冷的性能特性優(yōu)化和系統(tǒng)的散熱條件也是半導(dǎo)體制冷研究的熱點(diǎn)，通過研究半導(dǎo)體制冷優(yōu)值系數(shù)Z、半導(dǎo)體制冷器的制造工藝過程、設(shè)計(jì)外部換熱方式、優(yōu)化內(nèi)部熱電偶結(jié)構(gòu)以及整體半導(dǎo)體制冷器件結(jié)構(gòu)，為半導(dǎo)體制冷成熟理論的提出和推廣應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。目前半導(dǎo)體制冷新理論和半導(dǎo)體制冷新技術(shù)也是各國關(guān)注的熱點(diǎn)研究課題，不斷開發(fā)研究新型半導(dǎo)體材料以及努力提高現(xiàn)有半導(dǎo)體材料的性能是目前和今后半導(dǎo)體材料研究的主要目標(biāo)。

4.2 半導(dǎo)體制冷的難點(diǎn)

半導(dǎo)體制冷的研究涉及傳熱學(xué)原理、熱力學(xué)定律以及帕爾貼效應(yīng)，還要考慮多種因素如材料的優(yōu)值系數(shù)、半導(dǎo)體多級制冷、冷熱端散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等，同時(shí)影響半導(dǎo)體制冷的各種因素都是相輔相成的，不是獨(dú)立的。所以半導(dǎo)體制冷的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)，但也面臨諸多難點(diǎn)。

首先，半導(dǎo)體制冷材料性能的優(yōu)劣取決于其半導(dǎo)體制冷優(yōu)值系數(shù)Z。構(gòu)成半導(dǎo)體制冷材料優(yōu)值系數(shù)的三個參數(shù)塞貝克系數(shù) （α）、電導(dǎo)率 （σ）和熱導(dǎo)率 （K）都是溫度的函數(shù)。與此同時(shí)，優(yōu)值系數(shù)又敏感地依賴于材料種類、組分、摻雜水平和結(jié)構(gòu)。能適合半導(dǎo)體制冷的半導(dǎo)體材料不僅要混合地加入少量雜質(zhì)改變它的溫差電動勢率、導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率，而且還應(yīng)該具有半導(dǎo)體本身特性，做到既要保持原來半導(dǎo)體的傳統(tǒng)半導(dǎo)體特性又要使它具有好的溫差電動勢率、導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率存在較大的困難，所以，高優(yōu)值系數(shù)的研究一直是半導(dǎo)體制冷研究的難點(diǎn)問題。

其次，半導(dǎo)體制冷是一個參數(shù)多、工況變化復(fù)雜的過程，幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、散熱傳熱等對其影響都很大，采用常規(guī)的針對性實(shí)驗(yàn)方法難以滿足多種需要，并且在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)選擇時(shí)需要實(shí)驗(yàn)對比不同工況從而選擇最優(yōu)方案。所以如何選擇和設(shè)計(jì)研究過程和方案就顯得重要，而整體分析又把問題變得復(fù)雜起來。

再次，根據(jù)傳熱學(xué)原理、熱力學(xué)定律以及帕爾貼效應(yīng)可知，半導(dǎo)體制冷過程中冷、熱端的溫度差對半導(dǎo)體制冷的熱量和冷量的傳遞有極大的影響，兩端換熱性能差，就會大幅度地減小同等功率下的制冷能力，若熱端散熱效果差，往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因而冷、熱端散熱也是半導(dǎo)體制冷的又一個困難：即如何強(qiáng)化冷、熱端散熱以及對制冷電堆冷、熱端散熱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

總而言之，半導(dǎo)體制冷的難點(diǎn)在于：高優(yōu)值系數(shù)的材料，復(fù)雜的多參數(shù)以及冷熱端散熱的設(shè)計(jì)。

4.3 半導(dǎo)體制冷當(dāng)前存在的主要問題

雖然半導(dǎo)體制冷的研究面臨諸多困難，但是可以欣喜地看到當(dāng)前研究仍然呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。到目前為止，國內(nèi)外的學(xué)者從不同角度去提高半導(dǎo)體的制冷效率，展現(xiàn)出各自的優(yōu)勢和實(shí)用性。但是半導(dǎo)體制冷的研究當(dāng)前還存在以下問題。

（1）半導(dǎo)體制冷要想達(dá)到機(jī)械壓縮制冷相當(dāng)?shù)闹评湫?，材料的?yōu)值系數(shù)就必須提高。然而，直到現(xiàn)在，科學(xué)家對半導(dǎo)體制冷材料的研究并未有很大突破。半導(dǎo)體制冷溫差較小和制冷系數(shù)不高是半導(dǎo)體制冷的最大缺點(diǎn)，而材料的優(yōu)值系數(shù)不高導(dǎo)致這些缺點(diǎn)從而是阻礙半導(dǎo)體制冷發(fā)展的最主要因素，因此半導(dǎo)體材料的性能即優(yōu)值系數(shù)Z還有待于進(jìn)一步的提高。

（2）有關(guān)冷、熱端散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究較少。這使得半導(dǎo)體制冷的設(shè)計(jì)多半處于理論計(jì)算階段，半導(dǎo)體制冷的實(shí)際運(yùn)行效果不能得到很好的保證。所以要不斷深入進(jìn)行半導(dǎo)體制冷器模塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究。

（3）相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)與手段的引用較少，材料的優(yōu)值系數(shù)的停滯影響了整個半導(dǎo)體制冷行業(yè)的發(fā)展，所以運(yùn)用包括新理論和新技術(shù)來研究和完善就變得非常重要。半導(dǎo)體制冷也是一個交叉學(xué)科，需要不同方面的知識相互配合，共同進(jìn)步。

（4）隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品器件的尺寸有的越來越大，有的越來越小，有的狀況越來越復(fù)雜，需要考慮多種因素。這樣如何解決大功率半導(dǎo)體多級制冷的優(yōu)化問題、小尺寸器件的局部散熱問題和多因素的半導(dǎo)體熱電能量轉(zhuǎn)換問題就成為今后不斷努力研究的內(nèi)容。

5 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，半導(dǎo)體制冷技術(shù)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，半導(dǎo)體制冷技術(shù)為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出了巨大貢獻(xiàn)。在這浩瀚的研究成果中，著重通過對半導(dǎo)體制冷材料優(yōu)值系數(shù)的提高和半導(dǎo)體制冷器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化兩方面綜述國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)所取得的成就。得出的結(jié)論：

（1）半導(dǎo)體制冷技術(shù)的理論研究基本成熟，但優(yōu)值系數(shù)Z低，在理論上有很大的發(fā)展空間，進(jìn)一步研究和開發(fā)新材料，不斷提高其優(yōu)值系數(shù)將有廣闊的前景。

（2）在生產(chǎn)技術(shù)和工藝方面要多做實(shí)驗(yàn)，有機(jī)地結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，對降低實(shí)驗(yàn)成本、加速理論的完善和提高半導(dǎo)體的性能有很大的幫助。

（3）有關(guān)部門應(yīng)集中力量聯(lián)合攻克重點(diǎn)難題，開展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，防止盲目地進(jìn)行重復(fù)性工作。

（4）在應(yīng)用方面應(yīng)熟悉各種使用狀況，在不同的領(lǐng)域，采用不同的研究方法，因?yàn)榘雽?dǎo)體制冷的運(yùn)作過程受多因素的影響，最好采用系統(tǒng)分析和綜合分析的方法，尤其是對半導(dǎo)體制冷配套系統(tǒng)的研究也很重要，所以沒有最好，只有適用，在適用性下進(jìn)行應(yīng)用性研究，讓技術(shù)成為生產(chǎn)力。

只有半導(dǎo)體制冷材料的發(fā)展才能使得其理論得到應(yīng)用，半導(dǎo)體與現(xiàn)代制造技術(shù)的結(jié)合，其應(yīng)用范圍也會越來越廣。半導(dǎo)體制冷研究的熱點(diǎn)、難點(diǎn)以及存在的問題，為今后半導(dǎo)體制冷研究提供了可以借鑒的研究方向。

半導(dǎo)體制冷在世界日益發(fā)展的高科技領(lǐng)域中正越來越顯示出它的重要地位，主要是因?yàn)槠渲评浼夹g(shù)的特殊優(yōu)越性和不可替代性，但是其效率低一直是其軟肋，如果能有新材料的誕生將使一切美景成為現(xiàn)實(shí)。制冷器的發(fā)展趨勢是大功率和微小型，以及精確控制。我們應(yīng)該結(jié)合實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)品，結(jié)合不同的使用環(huán)境，利用實(shí)驗(yàn)和其他工具對半導(dǎo)體制冷原理及器件的工作過程有個直觀清晰的認(rèn)識，了解其周圍的溫度場變化，這樣對于改進(jìn)半導(dǎo)體及其布置都有幫助。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)規(guī)律，如熱端散熱的研究對半導(dǎo)體制冷的重要性。在研究中要綜合考慮，因?yàn)楦鞣N因素都是相輔相成的，不是獨(dú)立的。

在半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用中，由于使用范圍的不同，對其最佳性能有不同的要求，因而必須采用不同的設(shè)計(jì)方法，隨著使用要求的變化，也要進(jìn)行相應(yīng)的研究。不斷拓展半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用領(lǐng)域是加速發(fā)展的牽引力?？梢陨钚牛雽?dǎo)體制冷在未來將得到更廣泛的應(yīng)用和很好的發(fā)展。

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