STUDY ON SYNTHESIS PROPERTIES STRUCTURES AND APPLICATIONS OF CERAMIC SEMICONDUCTOR COOLING MATERIALS (CFCC)

Pseudoternary system (Bi2Te3-Sb2Te3-Sb2Se3) ceramic smeiconductor cooling materials were prepared in solid stare reaction with conventional techniques of sintering ceramics. The effect of doping on the properties of the material was studied. X-ray diffraction analysis showed that n-p-type materials were solid solutions based on Bi2Te3 and Sb2Te3 respectively. SEM photographs proved that the both types of materials were inhomogeneous and layer structure. The values of fingure of merit for n-type and p-type materials were 3.4 X 10(-3) K-1, respectively. The fabricated thermoelectric modules made of the materials provided excellent cooling effect.

一种新型的基于TEC的精密温控器设计

提出了一种新型的基于半导体制冷的小型恒温控制系统,该系统利用专用控制芯片MAX1978 对半导体制冷进行闭环自动控制。室温环境下,控制温度范围为 10℃～45℃,精度可达 0.1℃。系统具有速度快、精度高、无转动部件等优点,为提高光纤陀螺惯导系统温度稳定性、迅速达到稳定工作状态提供了一种实用方法,也为类似的温度控制系统提供了有益的参考。

不同热电转换系统的热管堆反应性引入事故特性研究

热管堆具有固有安全性高、结构紧凑等特点,拥有广阔的应用前景。热电转换系统是热管堆中将热能转换成电能的关键系统,其形式和工作原理对热管堆的事故安全特性和动态响应特性具有非常重要的影响。自主研发的热管堆系统分析程序TAPIRS-D已经拥有静态热电转换模块和动态斯特林循环模块,本文在此基础上开发了动态热电转换模块(开式布雷顿循环),结合热管冷却空间反应堆(Space Advanced Reactor with Integrated Cooling System,SAIRS-C)的反应堆设计,开展了热管堆系统在反应性引入事故发生时的系统安全特性研究,并横向对比了不同类型、不同原理热电转换模块对于热管堆系统事故安全特性的影响。计算结果表明:当对热管堆系统的反应性引入相同时,在堆芯功率变化方面,与斯特林热电模块进行耦合的热管堆系统在事故后堆芯功率的变化幅度最小,其缺点是斯特林热电转换模块的热端温度上升幅度较大;在输出功率方面,与开式布雷顿循环模块和半导体热电转换模块相耦合的热管堆系统的输出功率变化幅度相当,均大于斯特林热电转换模块;在循环效率提升方面,与半导体热电转换模块耦合的热管堆系统效率提升幅度最大,其缺点是需要额外关注半导体热电转换模块中的电路负载的安全情况。

CCD芯片热电制冷的非稳态传热研究

针对散热受限热电制冷系统中温度非稳态变化过程,建立了一个简单的分析模型,基于该模型对CCD芯片热电制冷进行了仿真分析和实验研究。仿真和实验结果均表明:在散热受限条件下,热电制冷系统的热传过程长时间处于非稳态;存在一个最优制冷电流Imax,当Ic<Imax时,增大Ic可以提高制冷效果;反之,则不然。电流越大,芯片温度非稳态变化就越快。当制冷量小于热负载,芯片从被制冷转为被加热。热沉散热能力越强,制冷效果越好。

半导体制冷器的进展

半导体制冷器具有微型化、轻量化、无振动、长寿命等许多重要优点。目前３００Ｋ室温下优值系数Ｚ最高的半导体制冷材料是ｐ型Ａｇ０．５８Ｃｕ０．２９Ｔｉ０．９４Ｔｅ四元合金，２００～３００Ｋ普冷范围内三元Ｂｉ２Ｔｅ３－Ｓｂ２Ｔｅ３－Ｓｂ２Ｓｅ３固溶体合金仍然应用最广且性能优良，而２０～２００Ｋ低温下则是Ｂｉ－Ｓｂ合金热电性能最好。电臂材料是决定半导体制冷器性能的主要因素，但通过改进电臂结构，设计特殊的电臂联接方式，同样能显著提高半导体制冷器的性能，同轴环臂温差电对和“无限级联”温差电对，已被试验证明可明显提高最大制冷温差。利用高温超导（ＨＴＳＣ）材料代替ｐ型半导体材料制成被动式ｐ型臂，将为低温半导体制冷器开辟一条新的道路。

320×256短波红外焦平面温控系统设计与应用

针对碲镉汞红外焦平面需要在恒定低温条件下工作的要求,设计并实现了基于热电制冷技术的红外焦平面温控系统。该温控系统具有体积小、响应速度快、可控性好及温控精度高等特点,满足设计要求。实验结果表明,该温控系统可使短波红外焦平面在195K时长期稳定工作,温控精度优于0.1℃,焦平面暗电流及噪声水平均有明显改善。

有限散热强度下半导体制冷器性能的实验研究

由于热端散热能力总是有限的,制冷量的波动将导致半导体制冷器热端温度的波动,此时仍假定热端温度不变进行设计是不妥的。给出了半导体制冷器在有限的热端散热强度下不同制冷工况的实验结果,经过比较选出其中的最佳工况,并推导出计算最佳工况下半导体制冷器的工作电流和制冷量的近似公式,与实验结果比较吻合,可供半导体制冷器的设计者参考。

多级半导体制冷器设计

文中主要介绍了半导体制冷器的基本原理及其应用 ,并对涉及到多级制冷器的有关公式进行了推导 。

半导体多级制冷器设计的火用效率分析

对半导体多级制冷器不同的设计方法作了介绍,提出了最大火用效率分析的设计方案,导出了各种设计方案的设计公式。建立了半导体单级到四级制冷器的数学模型,并进行数值计算。通过对各种设计方法的理论分析,指出了采用最大火用效率设计的独特之处及得出了半导体多级制冷器设计的一些重要结论。

脉冲方波驱动强化热电制冷的瞬态特性

采用有限差分法对脉冲电压驱动下的瞬态热电效应及其动态特性过程进行了理论分析,探索了非稳态工况下帕尔帖效应、焦耳热效应与傅里叶导热效应之间的耦合关系及其关键制约因素对制冷性能的影响规律,进而探讨了脉冲驱动强化热电制冷性能的作用机理。分析结果得到,在合理电压域值内采用主动控制方法,对热电模块周期性施加数倍于稳态工况理想电压的脉冲突变电压,有益于充分利用帕尔贴制冷效应而推迟出现以焦耳热和傅里叶热耗散形式为主的内部热积聚对热电模块冷端引起的负效应,并能瞬态实现冷端面的制冷强化作用和最大程度实现输入电能的有效转换。该结论不仅为进一步提出脉冲驱动模式的优化控制策略提供了理论依据,也为瞬态热电制冷效应的应用开辟了一条新思路。

CCD芯片热电制冷系统的非稳态性能分析

随着电子设备不断向小型化、集成化发展,热电制冷技术作为一种有效的主动冷却方法被广泛用于重要部件的温度控制。为了获得最佳的制冷效果,文中针对散热受限条件下的CCD芯片热电制冷系统非稳态过程,建立了一个数值分析模型。分析结果表明:在散热受限时,热电制冷系统的传热过程长时间处于非稳态过程;在不超过最大制冷电流的条件下,增大制冷电流可以提高制冷效果,但是大的制冷电流可能出现温度回升的现象;虽然热端散热能力的提高可以改善制冷效果,但是存在一个极限值,这与热电制冷器(TEC)的优值系数有关;当系统载荷发生变化时,合理改变制冷电流和热端散热能力可以提高系统的温度稳定性,其中制冷电流对系统温度稳定性的影响更大。

太阳能半导体制冷的实验研究与数值分析

建立了以水为热交换媒介的太阳能光伏半导体制冷模块实验系统。制冷装置模块化,用以适应制冷功率变化较大的不同空间布局,通过太阳能光电半导体制冷实验获得了不同工作状态下电流、制冷量、制冷系数等重要参数,该参数可为确定系统最佳工作区域提供可靠依据。给出了太阳能热电制冷系统组合方案,介绍了一种新型组合式半导体制冷器和半导体热电发电装置,其数值计算的结构参数、最大制冷系数和制冷率等重要参数以及热电器件最佳工作区域和结构参数的最优范围,可为系统优化设计的配置提供理论上的指导。

热电制冷器电源的研究

针对光纤耦合半导体激光器热电制冷器,采用同步Buck变换器设计了其供电电源,并采用了直接电流控制以减少电路的浪涌电流。实际电路采用了完全瓷片电容解决方案以减少电路的纹波电流,使得供电电源具有效率高、体积小、成本低等特点。实验结果证明,该供电电源的电流纹波能够满足TEC的要求。

半导体热电特性综合实验的设计

介绍了测量半导体材料热电综合特性的实验方法及其实验装置的设计. 该实验用于教学,可以研究不同材料的热电特性,并学习智能化的综合测量和数据处理方法.

半导体制冷器原理与应用

本文主要介绍了半导体制冷器的基本原理及其应用，并对涉及到制冷器的有关公式进行了推导，文章最后得出了关于半导体制冷器的一些重要结论。

半导体制冷优化设计方法的理论分析

对半导体制冷优化设计的两种方法进行理论分析,导出使制冷量和制冷系数分别达到最大值时的电流值,并由此得出设计所用主要参数,为半导体制冷器的优化设计提供技术支持。

热电制冷技术的进展及应用

热电制冷是一种环保清洁的制冷技术,在各个领域广泛应用。本文介绍了热电制冷的基本原理,应用于热电制冷的材料现状,近年来国内外专家学者在热电理论和热电制冷上的研究进展,热电制冷在现实生活的应用,并对热电学研究在今后的研究提出期待。

陶瓷工艺方法制备半导体致冷材料及应用研究

立足于国内外现有的制备半导体致冷材料的方法，采用陶瓷工艺，在气氛保护下，通过固相烧结反应制备出温差电多晶材料。Ｘ－ｒａｙ测试结果表明，得到的Ｎ型材料是以Ｂｉ２Ｔｅ３为基的固溶体，而Ｐ型材料是以Ｓｂ２Ｔｅ３为基的固溶体。扫描电镜观察结果表明，制备出的Ｎ、Ｐ型材料都是各向同性的多晶层状结构材料。力学测试结果表明，Ｎ、Ｐ型材料均有很好的抗压强度。热电性能测试结果表明材料具有较好的热电性能，Ｐ、Ｎ型材料优值系数分别达到Ｚｐ＝３．５×１０－３Ｋ－１、ＺＮ＝３．４×１０－３Ｋ－１。用该材料制作的１２７对致冷堆，保持室温环境，最大温差可达７５Ｋ；在温差为３０Ｋ时，致冷系数为０．８５。用该致冷堆组装１２立升冷暖保鲜箱，工作电流为３．７Ａ，工作电压１２Ｖ，功耗为４４Ｗ，致冷系数为０．８，当室温３０℃时，箱内可以致冷到４℃；致热可以到７５℃。

半导体致冷电对金属化层粘接强度的研究

试验研究了三种半导体致冷电对金属化系统的拉伸强度，其中铋─镍─锡金属化系统与半导体致冷材料粘接强度最高，超过原始棒状材料的拉伸强度，它是半导体致冷器电对的最好的金属化系统．

基于APD半导体制冷供能电路设计

雪崩光电二极管(APD)作为高灵敏光探测器件,为降低暗电流噪声需要半导体热电制冷器来降低其工作环境温度。用于制冷器的能源供应以及恒温控制的开关电源是该制冷系统重要的支持性配置,从半导体热电制冷控制需要电源功率输出较大、稳定性较好和受外界影响较少的要求出发,在开关电源的功率转换电路和脉宽调制(PWM)控制电路部分做了相应的改进。选择半桥式功率转换电路,以及利用控制芯片的功能实现脉宽调制电路,并根据探测和控制的反馈信号进行功率调整,实验结果证明这些方法对本设计电源是可行的。