مبدأ التبريد للمواد الكهروإجهادية أشباه الموصلات
إن تطبيق مواد كهروضوئية أشباه الموصلات في مجال التبريد له قيمة بحثية مهمة وآفاق التطبيق الواسعة. تستخدم المواد الحرارية الفرق في درجة الحرارة لتحويل الطاقة الحرارية مباشرة إلى الطاقة الكهربائية ، أو استخدام الطاقة الكهربائية بشكل عكسي لتنظيم الحرارة ، مما يشكل المبدأ الأساسي للتبريد الحراري. ستستكشف هذه المقالة آلية التبريد وتطبيق المواد الكهرومائية شبه الموصل.
هناك نوعان من التأثيرات الحرارية الرئيسية: تأثير SEEBECK وتأثير peltier. ( الشركة المصنعة لدرجة الحرارة الذكية الصين) يشير تأثير SEEBECK إلى الجهد الناتج عندما يشكل موصلان مختلفان أو أشباه الموصلات حلقة وهناك اختلاف في درجة الحرارة عند نقطة التلامس ؛ في حين أن تأثير peltier هو عندما يمر التيار عبر تقاطع موصلين مختلفين ، فإنه سيؤدي إلى تغيير درجة حرارة الوصل. عندما يتدفق التيار في الاتجاه الصحيح ، يمتص أحد الطرفين الحرارة ويطلق الطرف الآخر الحرارة ، وتدرك هذه العملية نقل الحرارة.
يعزى الدور الأساسي للمواد الحرارية شبه الموصلات في التبريد الحراري بشكل أساسي إلى خصائصها الحرارية الممتازة ، أي الموصلية الكهربائية العالية والموصلية الحرارية المنخفضة. تتيح الموصلية الكهربائية الممتازة للمادة استخدام التيار بشكل فعال لتوليد الحرارة ، في حين أن الموصلية الحرارية المنخفضة تضمن عدم نقل الحرارة بسهولة من الطرف البارد إلى الطرف الساخن ، وبالتالي تحسين كفاءة التبريد. غالبًا ما يتميز الأداء الحراري الكهروضوئي بالشكل الحراري للكهروضوئية لـ Merit ZT. كلما ارتفعت قيمة ZT ، كان الأداء الحراري للمواد أفضل أفضل. يجب أن يكون للمواد الحرارية المثالية قيمة ZT عالية بحيث يمكنها تحقيق تأثير تبريد أعلى في التطبيقات العملية.
في التطبيقات العملية ، تشمل الأنواع الشائعة الاستخدام من المواد الحرارية أشباه الموصلات البزموت تيلورايد (BI2TE3) ، بسموث أنتيميونيد (SB2TE3) وسبائك السيليكون الألماني. من بينها ، أصبحت مادة بسموث تيلورايد واحدة من المواد الرئيسية للثلاجات الكهروإجهادية بسبب خصائصها الكهروضوئية الممتازة في درجة حرارة الغرفة. يستخدم تأثير التبريد على نطاق واسع في أجهزة التبريد الصغيرة ، مثل الكؤوس الساخنة والباردة ، وتبريد الليزر والتحكم في درجة الحرارة للمكونات الإلكترونية.
يتكون هيكل الثلاجة الحرارية عادة من تقاطعات أشباه الموصلات المتعددة للمواد الكهربائية الحرارية لتشكيل وحدة نمطية. باستخدام تأثير peltier ، عندما يمر التيار من خلال ، يمتص أحد الجوانب من الثلاجة الحرارة ويصدر الجانبية الأخرى الحرارة ، مما يخلق فرقًا في درجة الحرارة لتحقيق تأثير تبريد. في الاستخدام العملي ، تتمتع طريقة التبريد هذه بمزايا الحجم الصغير والوزن الخفيف وعدم وجود أجزاء متحركة ، ويمكن أن تحقق تنظيمًا سريعًا في درجة الحرارة في بيئة دقيقة للغاية.
ومع ذلك ، على الرغم من العديد من مزايا المواد الحرارية أشباه الموصلات ، فإن كفاءتها لا تزال محدودة بأداء المادة نفسها. لذلك ، يلتزم الباحثون بتطوير مواد حرارية جديدة ، مثل المواد والكبريتيدات النانوية ، لتحسين قيمة ZT وبالتالي تحسين كفاءة مبردات الكهروضوئية.
باختصار ، يعتمد مبدأ التبريد للمواد الحرارية على أشباه الموصلات على التأثير الحراري. من خلال تصميم المواد الفعالة وتحسينها ، يمكن تحقيق تأثيرات تبريد عالية الكفاءة. مع تطوير العلوم والتكنولوجيا ، ستظهر المواد الحرارية إمكاناتها الفريدة في مجموعة واسعة من الحقول. ستستمر الأبحاث المستقبلية في تعزيز تقدم تقنية التبريد الخضراء هذه وتقديم حلول مبتكرة لمزيد من الصناعات.