文 献 综 述

1 课题背景及意义

近几十年来，随着人类科学技术的进步，材料的发展日新月异。半导体制冷材料就是其中一种新兴的热门材料，而热电制冷则是在半导体制冷材料基础上发展起来的一门新技术。

热电制冷[1]又称温差制冷、半导体制冷或珀尔帖制冷[2-3]，是一种固体制冷方式，它是在珀尔帖效应的基础上发展起来的一门新兴制冷技术。图1为热电制冷结构原理图。当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。与传统制冷技术相比，热电制冷具有结构简单、无任何机械运动部件、无噪声、无磨损、可靠性高、寿命长、维修方便、体积小[4]、重量轻、启动快[5]、控制灵活、操作具有可逆性等独特优点。这种方法的制冷效果[6]主要取决于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性、导热性很好，其帕尔贴效应很弱，制冷效率很低(不到1%)。半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来做成小型热电制冷器。所以，半导体制冷是一种有良好应用前景[7]的制冷方式。

图1 热电制冷结构原理图

但是, 热电制冷的制冷效率[8]受器件冷端和热端温度的影响非常大。可以发现,将半导体元件直接通电后, 开始冷端温度立即下降, 而热端温度升高, 但经过几十秒时间后, 热端温度变得很高, 冷端温度恢复至环境温度附近时, 制冷量几乎为零。这种现象的原因在于热端传热系数小, 为了放出一定热量, 提高了热端温度, 热端温度的提高降低了制冷系数, 即减少了制冷量。因此, 在半导体制冷中, 在制冷器件材料没有重大改进的情况下, 通过改善传热条件, 采用合理的散热方式[9], 在一定条件下, 可以提高制冷器的制冷效率, 增加制冷量。

2 热电制冷的散热现状

2.1 半导体制冷散热方式概述

通过改善散热效果减小温差，是现阶段提高半导体制冷性能的有效手段。目前半导体制冷器主要有以下几种散热方式[10]。