半導体熱電材料の冷蔵原理
冷凍の分野での半導体熱電材料の適用には、重要な研究価値と幅広いアプリケーションの見通しがあります。熱電材料は温度差を使用して熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換するか、熱調節に電気エネルギーを逆に使用して熱電気冷蔵の基本原理を形成します。この記事では、半導体熱電材料の冷蔵メカニズムと応用について説明します。
2つの主な熱電効果があります：Seebeck効果とペルティエ効果。 （ インテリジェント温度メーカー中国）SEEBECK効果は、2つの異なる導体または半導体がループを形成し、接触点に温度差があるときに生成される電圧を指します。ペルティエ効果は、電流が2つの異なる導体の接合部を通過するときですが、接合部の温度が変化します。電流が正しい方向に流れると、一方の端が熱を吸収し、もう一方の端が熱を放出し、このプロセスは熱の移動を実現します。
熱電冷蔵における半導体熱電材料の中心的役割は、主にそれらの優れた熱電特性、つまり高い電気伝導率と低熱伝導率に起因しています。優れた電気導電率により、材料は電流を効果的に使用して熱を発生させることができますが、熱伝導率が低いため、熱がコールドエンドからホットエンドに容易に伝達されないことを保証し、それにより冷凍効率が向上します。熱電パフォーマンスは、多くの場合、メリットZtの熱電図によって特徴付けられます。 ZT値が高いほど、材料の熱電機能が向上します。理想的な熱電材料は、実際のアプリケーションでより高い冷却効果を達成できるように、ZT値が高い必要があります。
実際の用途では、一般的に使用される半導体熱電気材料には、Bismuth Telluride（Bi2Te3）、Bismuth Antimonide（SB2Te3）、およびシリコンゲルマニウム合金が含まれます。その中で、室温での熱電特性が優れているため、ビスマステルライド材料は熱電冷蔵庫の主要な材料の1つになりました。その冷却効果は、ホットカップやコールドカップ、レーザー冷却、電子コンポーネントの温度制御などの小さな冷蔵装置で広く使用されています。
熱電冷蔵庫の構造は、通常、熱電材料の複数の半導体接合部で構成され、モジュールを形成します。ペルティエ効果を使用して、電流が通過すると、冷蔵庫の片側が熱を吸収し、反対側が熱を放出し、温度差を生み出して冷却効果を達成します。実際に使用すると、この冷却方法には、サイズが小さい、軽量、可動部品がないという利点があり、非常に正確な環境で急速な温度調節を達成できます。
ただし、半導体熱電材料の多くの利点にもかかわらず、その効率は材料自体の性能によって依然として制限されています。したがって、研究者は、ZT値を改善し、熱電クーラーの効率を改善するために、ナノ構造材料や硫化物などの新しい熱電材料の開発に取り組んでいます。
要するに、半導体熱電材料の冷却原理は、熱電効果に基づいています。効果的な材料の設計と最適化により、高効率の冷却効果を達成できます。科学技術の開発により、熱電材料は、より広範な分野で独自の用途の可能性を示します。将来の研究は、このグリーン冷却技術の進歩を引き続き促進し、より多くの産業に革新的なソリューションをもたらします。