Principio de refrigeración de materiales termoeléctricos semiconductores
La aplicación de materiales termoeléctricos semiconductores en el campo de la refrigeración tiene un valor de investigación importante y amplias perspectivas de aplicación. Los materiales termoeléctricos utilizan la diferencia de temperatura para convertir directamente la energía térmica en energía eléctrica, o usan reversamente la energía eléctrica para la regulación del calor, formando el principio básico de la refrigeración termoeléctrica. Este artículo explorará el mecanismo de refrigeración y la aplicación de materiales termoeléctricos semiconductores.
Hay dos efectos termoeléctricos principales: efecto Seebeck y efecto Peltier. ( Fabricante de temperatura inteligente China) El efecto Seebeck se refiere al voltaje generado cuando dos conductores o semiconductores diferentes forman un bucle y hay una diferencia de temperatura en el punto de contacto; Si bien el efecto más peltier es cuando la corriente pasa a través de la unión de dos conductores diferentes, hará que la temperatura de la unión cambie. Cuando la corriente fluye en la dirección correcta, un extremo absorbe el calor y el otro extremo libera calor, y este proceso se da cuenta de la transferencia de calor.
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El papel central de los materiales termoeléctricos semiconductores en la refrigeración termoeléctrica se atribuye principalmente a sus excelentes propiedades termoeléctricas, es decir, una alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica. La excelente conductividad eléctrica permite que el material use de manera efectiva la corriente para generar calor, mientras que la baja conductividad térmica asegura que el calor no se transfiera fácilmente desde el extremo frío al extremo caliente, mejorando así la eficiencia de refrigeración. El rendimiento termoeléctrico a menudo se caracteriza por la figura termoeléctrica del mérito ZT. Cuanto mayor sea el valor ZT, mejor será el rendimiento termoeléctrico del material. Un material termoeléctrico ideal debe tener un valor de ZT alto para que pueda lograr un mayor efecto de enfriamiento en aplicaciones prácticas.
En aplicaciones prácticas, los tipos de materiales termoeléctricos semiconductores comúnmente utilizados incluyen telururo de bismuto (BI2TE3), antimonuro de bismuto (SB2TE3) y aleaciones de silicio-germanio. Entre ellos, el material telururo de bismuto se ha convertido en uno de los materiales principales para los refrigeradores termoeléctricos debido a sus excelentes propiedades termoeléctricas a temperatura ambiente. Su efecto de enfriamiento se usa ampliamente en pequeños dispositivos de refrigeración, como copas calientes y frías, enfriamiento con láser y control de temperatura de componentes electrónicos.
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La estructura de un refrigerador termoeléctrico generalmente se compone de múltiples uniones semiconductores de materiales termoeléctricos para formar un módulo. Usando el efecto Peltier, cuando pasa la corriente, un lado del refrigerador absorbe calor y el otro lado libera calor, creando una diferencia de temperatura para lograr un efecto de enfriamiento. En uso práctico, este método de enfriamiento tiene las ventajas de un tamaño pequeño, peso ligero y sin partes móviles, y puede lograr una regulación de temperatura rápida en un entorno muy preciso.
Sin embargo, a pesar de las muchas ventajas de los materiales termoeléctricos semiconductores, su eficiencia aún está limitada por el rendimiento del material en sí. Por lo tanto, los investigadores se comprometen a desarrollar nuevos materiales termoeléctricos, como materiales nanoestructurados y sulfuros, para mejorar el valor de ZT y, por lo tanto, mejorar la eficiencia de los enfriadores termoeléctricos.
En resumen, el principio de enfriamiento de los materiales termoeléctricos semiconductores se basa en el efecto termoeléctrico. A través del diseño y la optimización de material efectivo, se pueden lograr efectos de enfriamiento de alta eficiencia. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, los materiales termoeléctricos mostrarán su potencial de aplicación único en una gama más amplia de campos. La investigación futura continuará promoviendo el avance de esta tecnología de enfriamiento verde y traerá soluciones innovadoras a más industrias.