En escenarios como la disipación de calor de la Estación base de comunicación 5g, el control de temperatura constante del láser y el refrigerador portátil, un dispositivo de refrigeración sin compresor, sin vibración mecánica y con un tamaño de solo una moneda está cambiando silenciosamente el modo tradicional de control de temperatura, el dispositivo de refrigeración semiconductor.Su principio central se basa en el efecto Peltier en el efecto termoeléctrico, que conduce directamente la transferencia direccional de calor a través de la energía eléctrica para lograr un control eficiente, preciso y silencioso del frío y el calor.

　　I. efecto peltier: magia fría y caliente en la migración de cargas eléctricas

Cuando la corriente continua pasa por un par de termómetros compuestos por semiconductores de tipo P y n, los transportistas de carga (agujeros y electrones) migran en el nodo. En el "extremo frío" de la Unión P - n, los agujeros entran en el material n desde el material p, mientras que los electrones fluyen en sentido inverso, la energía del portador se reduce y se absorbe el calor circundante; Y en el "extremo caliente", la energía del portador aumenta, liberando calor al medio ambiente. Este proceso no requiere refrigerantes ni componentes mecánicos, y solo se logra la refrigeración a través de la conversión directa de energía eléctrica y térmica.

Los datos experimentales muestran que el coeficiente de refrigeración (cop) de las pastillas de refrigeración semiconductoras de una sola etapa puede alcanzar 0,5 - 0,7, y cuando la diferencia de temperatura es ≤ 30 ℃, la Potencia de entrada por vatio puede transferir 2 - 5 vatios de calor. Si se adopta una estructura de serie o cascada de varios niveles, la diferencia de temperatura puede superar los 100 grados Celsius para satisfacer las necesidades de baja temperatura profunda.

　　II. racionalización de la estructura: diseño modular desde el chip hasta el sistema

El núcleo del dispositivo de refrigeración de semiconductores es el módulo termoeléctrico, que consta de docenas de pares de semiconductores P - N conectados en serie a través de láminas cerámicas conductoras. Las láminas cerámicas no solo conectan el circuito como electrodos, sino que también exportan el calor del extremo frío y caliente a través de cerámica de alta conductividad térmica, como la alúmina. Por lo general, se instalan aletas de disipación de calor de aluminio y ventiladores en miniatura a ambos lados del módulo para fortalecer la eficiencia de disipación de calor del extremo caliente.

Tomemos como ejemplo una incubadora portátil, que utiliza una placa de refrigeración semiconductora alimentada por 24v dc, el extremo frío se ajusta a la pared interior de la Caja y el extremo caliente se conecta con las aletas de disipación de calor. Ajustando el tamaño de la corriente a través del algoritmo de control de temperatura eip, el espacio 5L se puede reducir de 25 ° C a 5 ° C en 10 minutos, y la temperatura fluctúa ± 0,5 ° c. En comparación con la refrigeración del compresor, el volumen se reduce en un 60% y el ruido se reduce a menos de 30 decibelios.

　　III. ampliación de las fronteras de aplicación: de los instrumentos de precisión a los medios de vida de las personas

En el campo de la fabricación de precisión, la refrigeración de semiconductores proporciona un entorno de temperatura constante con una respuesta de milisegundos para láseres y detectores infrarrojos para garantizar la estabilidad del equipo; En la industria médica, las cajas de cadena de frío portátiles utilizan sus características de refrigerante líquido para transportar vacunas y muestras biológicas de manera segura; En el campo de la electrónica de consumo, el clip trasero de disipación de calor del teléfono móvil y el módulo de control de temperatura de la CPU de la computadora exportan rápidamente calor a través de la refrigeración de semiconductores para evitar el sobrecalentamiento y la reducción de frecuencia.

Con el progreso de la ciencia de los materiales, los nuevos materiales termoeléctricos (como las aleaciones a base de telurio de bismuto y los compuestos de cobalto) mejoran la eficiencia de refrigeración en un 30%, mientras que la investigación y el desarrollo de películas termoeléctricas flexibles hacen posible el control de temperatura de dispositivos portátiles y tejidos inteligentes. Los dispositivos de refrigeración semiconductores están redefiniendo los límites de la tecnología de control de temperatura con las ventajas de "silencio, precisión y miniatura".