Термоэлектрический элемент – способ изготовления термоэлектрического элемента и термоэлектрический элемент — патент РФ 2475889

Содержание

Термоэлектричество — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 декабря 2017; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 декабря 2017; проверки требует 1 правка.

Термоэлектричество представляет собой совокупность явлений, в которых разница температур создаёт электрический потенциал, или электрический потенциал создаёт разницу температур. В современном техническом использовании термин почти всегда относится вместе к эффекту Зеебека, эффекту Пельтье и эффекту Томсона (термоэлектрические явления). По своей этимологии термин «термоэлектричество» мог бы относиться в целом ко всем тепловым двигателям, используемым для генерации электричества, и всем электрическим нагревателям, производимым огромным числом способов, однако реально использование данного термина в таком широком смысле практически не встречается.

Под термоэлектричеством таким образом были объединены явления, описываемые законом Видемана — Франца. Термоэлектричество — это теория электричества, определяющая электропроводность как частный случай теплопроводности в материалах с низким сопротивлением, высокой плотностью, преимущественно в твердом состоянии. Электрический ток, согласно этой теории — интенсивная передача внутренней энергии и тепла металла, и рассеяние этого тепла. Коэффициент рассеяния обратен коэффициенту полезного действия, и является базовой характеристикой при переходе от термодинамических уравнений состояния к чистой теоретической электромеханике.

В последнее время термоэлектричество применяется все шире в таких устройствах как портативные холодильники, кулеры для напитков, охладители электронных узлов, устройства сортировки металлических сплавов и т. д. Один из материалов, наиболее часто применяющихся в подобных устройствах — теллурид висмута Bi2Te3, химическое соединение висмута и теллура.

В настоящее время есть две главные сферы, в которых термоэлектрические устройства могут использоваться для повышения эффективности использования энергии и/или снижения уровня загрязнения: преобразование отработанного тепла в пригодную для использования энергию и охлаждение.

Выработка электроэнергии[править | править код]

Видеоурок: термоэлектричество

В транспортных средствах двигатели внутреннего сгорания очень неэффективно используют энергию (потребляют только 20-25 % энергии, произведенной в результате сгорания топлива). Кроме того, вырабатываемая механическая энергия дополнительно расходуется из-за необходимости улучшать рабочие характеристики, применения бортовых средств управления и других современных устройств (контроль устойчивости, телематика, навигационные системы, электронное торможение, и т. д.). Чтобы улучшить к.п.д. по топливу, можно преобразовывать бесполезную (в большинстве случаев) тепловую энергию от двигателя в электрическую и использовать её для питания различных устройств в автомобиле. Термоэлектрические устройства таким образом используются, чтобы преобразовать отработанное тепло в используемую энергию, используя эффект Зеебека.

В настоящее время, некоторые электростанции используют метод, известный как когенерация: в дополнение к произведенной электроэнергии вырабатывается тепло, которое используется в альтернативных целях. Термоэлектричество может найти применение в таких системах. Также термоэлектричество может применяться в системах преобразования солнечной энергии.

Охлаждение[править | править код]

Термоэлектрические устройства, применимые для охлаждения, используя эффект Пельтье, могут уменьшить выбросы в атмосферу веществ, истощающих озоновый слой. Такие вещества — гидрохлорофтороуглероды и хлорофтороуглероды — долго были в основе технологий охлаждения. Недавно было принято законодательство, регулирующее использование таких химикатов для охлаждения; текущее международное законодательство контролирует объемы этих веществ, и запрещает их производство после 2020 года в развитых странах и после 2030 года в развивающихся. Подобные запреты и обеспокоенность состоянием окружающей среды способствуют разработке эффективных термоэлектрических охлаждающих элементов. Такие элементы могут уменьшить выброс вредных химикатов и работать тише (так как они — твердые тела и не требуют шумных компрессоров). Парокомпрессорные охладители все еще более эффективны чем охладители Пельтье, но они занимают больше места и сложнее в обслуживании.

Как сделать своими руками генератор из термоэлектрического элемента Пельтье

Термоэлектрический генератор своими руками

Элемент Пельтье стал известен миру давно. Еще в 18 веке французский часовщик Жан-Шарль Пельтье совсем случайно для самого себя открыл новый эффект на границе двух металлов: висмута и сурьмы. Он заключался в резком изменении температуры помещенной между контактами капли воды, которая при подведении тока превратилась в лед. Это свойство стало новым для часовщика, потому что до того момента еще ни один ученый мира не излагал в своих материалах подобной информации.

Эффект хоть и был интересен, но не нашел практического применения в то время, что было связано с небольшим количеством электронной техники, которой требовалось бы интенсивное охлаждение. Спустя 2 столетия об открытии ученого вспомнили, потому что возникла острая необходимость изготовить устройство, которое могло бы обеспечить качественное охлаждение кристалла греющегося микропроцессора.

В результате многочисленных исследований в этой области и огромного количества практических опытов ученые выяснили, что термоэлектрическая пара может вырабатывать достаточное количество холода для нормальной работы практически любого микропроцессора. А благодаря небольшим размерам их научились встраивать в корпуса микросхем, обеспечивая, таким образом, собственный внутренний генератор холода.

Открытие Жан-Шарля Пельте стало огромным толчком для целой отрасли по производству мобильных холодильных установок. Сегодня свойство термоэлектрического элемента используется в следующей технике:

  • переносные холодильники;
  • автомобильные кондиционеры;
  • портативные охладители;
  • фотоаппараты, телескопы и многое другое.

Активно используют для охлаждения микропроцессоров и прочих элементов электронной техники. Кроме прямого эффекта охлаждения, элемент Пельтье многие стали использовать в качестве генератора. Примером чего может стать

фонарик на 3 элементах.

Знают немногие, что для осуществления радиосвязи с командованием солдаты ставили на огонь специальный котелок и заваривали чай, готовили кашу и прочие бытовые вещи, а в это время осуществляли передачу необходимой информации по переносной радиостанции.

Как изготовить элемент Пельтье своими руками?

Как самому изготовить пельтьеМногих интересует вопрос, что такое Пельтье элемент своими руками, как сделать его в домашних условиях? Для этого потребуется высокоточное дозированное добавление разных веществ и материалов. Изготовить в домашних условиях подобное устройство невозможно, потому что требуется иметь технологии и обладать необходимыми методами обработки металлов. Также требуются особо чистые материалы в таких же лабораториях, чего в домашних условиях добиться невозможно. Поэтому на вопрос, как сделать термоэлектрический модуль Пельтье, можно ответить однозначно. Никак. Но для построения эффективной системы охлаждения вполне достаточно имеющихся навыков.

Изготовление элемента Пельтье из диодов

Существует мнение о том, что можно сделать термоэлектрический модуль на диодах. Дело в том, что каждая пара разнородных полупроводников – это два материала с p и n -проводимостями. А диод как раз таковым и является. Чтобы выявить изменение проводимости при нагреве, необходимо выбирать определенные элементы. Но для получения низкой температуры на поверхности устройства никакие диоды не помогут. При подаче большого тока можно добиться лишь разогрева.

Радиолюбители используют в качестве датчика температуры диоды малой мощности в стеклянном корпусе. При подключении их в обратном направлении и разогреве переход начинает открываться и пропускать ток в обратном направлении. Но при этом вырабатывать электричество он не будет.

Как устроен элемент Пельте?

Устройство генератора пельтье своими рукамиТермоэлектрический модуль Пельтье в упрощенном виде представляет собой пару пластин из разных металлов, которыми могут быть висмут, сурьма, теллур или селен. Между ними расположена пара полупроводников с разной проводимостью n и p -типа. Все образованные разными металлами термоэлектрические пары соединены последовательно в единую цепь. В результате образуется своего рода матрица из большого количества отдельных термопар, расположенных между двумя керамическими пластинами.

Образованный термопарами термоэлектрический модуль изготовлен в едином корпусе небольших размеров. При их последовательном или параллельном соединении можно добиться усиления эффекта охлаждения или выработки электрической энергии. В режиме охладителя положительный вывод матрицы подключается к первой паре с проводником n -типа, отрицательный контакт подведен к проводникам p -типа. В качестве внешних обкладок используется специальная керамика, изготовленная на основе оксида и нитрида алюминия. Это обеспечивает наилучшие показатели теплоотдачи на обеих сторон как при высоких, так и при низких температурах.

Число термопар в модуле ничем не ограничено и может быть до нескольких сотен. Чем их больше, тем лучше ощущается эффект охлаждения. Для повышения эффективности работы элемента Пельтье к его холодной стороне крепится радиатор с наибольшей площадью теплоотдачи. Разница в температуре между обкладками должна составлять не менее двух десятков градусов.

При подаче напряжения на обкладки одна из сторон становится горячей, а другая холодной. При смене полярности питающего напряжения температура пластин меняется местами.

Учитывая сложность и технологичность, сделать своими руками термоэлектрический элемент не представляется возможным. Но все же встречаются умельцы, которые предлагают свои разработки. Эффект наблюдается, но для повышения КПД без специальной исследовательской лаборатории получить невозможно. Даже можно найти видео по этой теме с пошаговым руководством.

Особенности элемента Пельтье

К особенностям элемента на основе биметаллических пар следует отнести:

  • Элемент пельтье
    Компактность. По сравнению с термоэлектрическим эффектом, которым обладает устройство, элемент Пельтье имеет незначительные габариты, но при этом позволяет на десятки градусов понизить температуру микропроцессора, что существенно упрощает системы охлаждения.
  • Не требует использования вентиляторов. Благодаря отсутствию движущихся и вращающихся компонентов все устройство не создает лишнего шума и помех, которые могут сильно повлиять на работу компонентов.
  • Благодаря каскадному соединению нескольких термоэлементов можно добиться повышенной эффективности охлаждения процессора с минимальными затратами.
  • Кроме охладителя, элемент Пельтье можно также использовать в качестве устройства экстренного нагрева, если поменять полярность на обкладках.

Формульное отображение

Эффект Пельтье заключается в протекании тока через контакт двух металлов с разной проводимостью. В результате выделяется тепло или холод, что зависит от направления протекания тока.

В формульном выражении эффект Пельтье можно изобразить:

Q п=П12 j , где П12 – это коэффициент Пельтье. Показатель зависит от типа используемого металла, его термоэлектрических свойств.

Кроме преимуществ, в устройстве можно выделить и некоторые недостатки, к которым следует отнести:

Невысокий КПД. Для того чтобы получить значительный перепад температур, необходимо к обкладкам подводить достаточно большой ток.

Для эффективного отвода тепловой энергии необходимо предусматривать радиатор.

Генераторный режим элемента Пельтье

Как сделать элемент пельтьеОткрытие Жака-Шарля Пельтье буквально перевернуло мир, так как устройство может использоваться в качестве универсального генератора тепла и холода. Кроме этих функций, был отмечен еще один немаловажный эффект – генераторный режим. Если теплую сторону устройства нагревать, а холодную охлаждать, то на выводах возникает разница потенциалов, и при замыкании цепи начинает течь ток.

Генератор на основе элемента Пельтье можно сделать своими руками и для этого не потребуется особых навыков. Но стоит понимать, что используемый китайскими разработчиками материал не обладает идеальными характеристиками, позволяющими получать максимум энергии. Доступных термоэлектрических модулей в продаже хватит для:

  • зарядки мобильных устройств;
  • питания светодиодного освещения;
  • изготовления автономного радиоприемника и прочих целей.

По этой теме можно найти массу видео с подробным описанием всех этапов. Поэтому если вы хотите сделать термоэлектрический модуль для получения энергии, то это вполне реально.

Первым делом необходимо заказать необходимое количество элементов Пельтье с учетом их характеристик. Устройство с мощностью 10 Вт на том же e — Bay стоит 15$. И этого вполне достаточно будет для зарядки смартфонов. Далее, необходимо обеспечить эффективное теплоотведение. Для этих целей можно сконструировать систему жидкостного охлаждения с естественной циркуляцией. А горячую сторону нагревать любым источником тепла, в том числе открытым огнем. В результате любой радиолюбитель может сделать сам великолепный термоэлектрический генератор, который можно взять с собой в поход, на рыбалку или дачу.

Один стандартный элемент-ячейка вырабатывает 5 В и 1 Вт мощности, чего вполне достаточно для небольшого освещения. Например, для изготовления фонарика с подогревом от тепла рук. В продаже имеются и готовые элементы с выходным напряжением до 12 В.

Переносная термоэлектрическая печка с генераторным режимом

Сегодня можно найти массу способов, как сделать своими руками достаточно эффективный термоэлектрический генератор на основе элемента Пельтье. Как один из них – портативная печка с топкой из старого компьютерного блока питания. К одной из сторон корпуса прикрепляется сам термоэлектрический элемент Пельтье через термопасту с радиатором внушительных размеров. Такая установка позволит получить тепло в любом удобном месте, приготовить пищу и зарядить телефон.

Термоэлектрические материалы — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 апреля 2012; проверки требуют 10 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 апреля 2012; проверки требуют 10 правок.

Термоэлектри́ческие материа́лы — сплавы металлов или химические соединения, обладающие выраженными термоэлектрическими свойствами и применяемые в той или иной степени в современной промышленности. У термоэлектрических материалов три основных области применения — преобразование тепла в электричество (термоэлектрогенератор), термоэлектрическое охлаждение, измерение температур (от абсолютного нуля до тысяч градусов).

Термоэлектрическими свойствами обладают металлы и их соединения: оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды, фосфиды, карбиды и др. Термоэлектрические свойства обнаружены также у сплавов металлов, сплавов соединений металлов и у интерметаллических соединений. В зависимости от величины термо-ЭДС (мкВ/К), температуры плавления, тепло- и электропроводности, механических характеристик, термоэлектрические материалы подразделяются на:

Ниже показаны термоэлектрические материалы, применяемые и перспективные:

Материалы для ТЭГ (термоэлектрогенераторов)[править | править код]

Материалы для термоэлектрических холодильников[править | править код]

Материалы для измерения температур[править | править код]

  • Конструкционные материалы. Справочник под ред. Б. Н. Арзамасова. Москва. Машиностроение. 1990 г.

Элемент Пельтье: характеристики, описание, применение

Справочник

Впервые я столкнулся с элементами Пельтье (ЭП) несколько лет назад, когда разрабатывал устройство охлаждения воды в аквариуме. Сегодня ЭП стали еще более доступными, а сфера их применения существенно расширилась. К примеру, в охладителях воды, которые часто можно встретить в офисах, используются ЭП. Там они в форме квадрата 4×4 см (рис.2)с помощью специальной термопасты и стяжных винтов закреплены между радиатором охлаждения и корпусом водяного резервуара, “холодной” поверхностью к резервуару. Распространены и другие ЭП.

 

Рис. 2 Элемент Пельтье

В основе работы элемента Пельтье лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье. В 1834 г. Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется тепло (в зависимости от направления тока). Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и пропорциональна проходящему току. Элемент Пельтье обратим. Если приложить к нему разность температур, в цепи потечет ток.

Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного металла в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате, происходит охлаждение.

Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников (р- и n-типа проводимости). В зависимости от направления электрического тока через р-n-переходы вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами (n) и дырками (р), и их рекомбинации энергия либо поглощается, либо выделяется.

Рис. 3 Эффект Пельтье

Эффект Пельтье лежит в основе работы термоэлектрического модуля (ТЭМ). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Qc), поглощаемая на контакте типа n-р, выделяется на контакте типа p-n (Qh). В результате, происходит нагрев (Тh) или охлаждение (Тс) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к р-п-переходу (рис.3), и возникает разность температур (AT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина охлаждается, а другая нагревается. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая, и она изображается снизу.

Рис. 4

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар (рис.4), обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (рис.5). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида

Рис. 5 Термоэлектрический модуль Пельтье

алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах (от нескольких единиц до нескольких сотен), что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки (селен и сурьму).

 

 

Рис. 6

Типичный модуль (рис.6) обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. При соответствующем принудительном охлаждении нагревающейся поверхности вторая поверхность-холодильник позволяет достичь отрицательных значений температуры. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье (рис.7) при обеспечении их достаточного охлаждения. Устройства охлаждения на основе модулей Пельтье часто называют “активными холодильниками Пельтье” или просто “кулерами Пельтье”.

Рис. 7, каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье

Использование модулей Пельтье в активных кулерах делает их более эффективными по сравнению со стандартными кулерами на основе радиаторов и вентиляторов. Однако в процессе конструирования и использования кулеров с модулями Пельтье необходимо учитывать ряд специфических особенностей, вытекающих из конструкции модулей и их принципа работы.

Большое значение имеет мощность модуля Пельтье, которая, как правило, зависит от его размеров. Модуль малой мощности не обеспечит необходимого охлаждения, что может привести к нарушению работы защищаемого элемента вследствие его перегрева. Однако применение модулей слишком большой мощности может вызвать понижение температуры охлаждающего радиатора до

Рис. 8, активный кулер, на основе полупроводникового модуля Пельтье

уровня конденсации влаги из воздуха, что опасно для электронных устройств. Модули Пельтье в процессе работы выделяют сравнительно большое количество тепла. По этой причине следует применять в составе кулера мощный вентилятор. На рис.8 показан активный кулер, в котором использован полупроводниковый модуль Пельтье.

Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, максимальное напряжение для которых составляет примерно 16 В. Но на эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т.е. примерно 75% Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным: позволяет обеспечить достаточную мощность охлаждения при приемлемой экономичности. При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности незначительно, а потребляемая мощность резко увеличивается. При понижении напряжения питания экономичность растет, поскольку холодильная мощность также уменьшается, но линейно.

Табл.1 элемент Пельтье, характеристики

Тип модуля

 

 

Характеристики

 
 

Imax,A

Umax,B

Qmax,Bт

ΔTmax, 0C

Размеры, мм

А-ТМ8,5-27-1 ,4

8,5

| 15,4

72,0

72

40x40x3,7

А-ТМ8,5-127-1,4HR1

8,5

15,4

72,0

71

40x40x3,4

А-ТМ8,5-127-1,4HR2

8,5

15,4

72,0

70

140x40x3,7

А-ТМб.0-127-1,4

6,0

15,4

53,0

72

40x40x4,2

А-ТМ6,0-127-1.4HR1

6,0

15,4

53,0

71

40x40x3,8

А-ТМ6,0-127-1,4HR2

6,0

15,4

53,0

70

40x40x4,2

А-ТМЗ,9-127-1,4

3,9

15,4

35,0

73

40x40x5,1

А-ТМЗ,9-127-1,4HR1

3,9

15,4

35,0

71

40x40x4,8

А-ТМЗ,9-127-1,4HR2

3,9

15,4

35,0

70

40x40x5,1

A-TM3,9-127-1,4

3,9

15,4

34,0

71

30x30x3,9

А-ТМЗ,9-127-1,4HR1

3,9

15,4

34,0

70

30x30x3,9

А-ТМЗ,9-127-1,4HR2

3,9

15,4

34,0

70

30x30x3,9

А-ТМ37,5-49-3,0

37,5

5,9

130,0

71

40x40x4,3

A-TM37,5-49-3,0HR1 i

8,5

15,4

72,0

70

40x40x4,3

A-TM6,0-31-1,4

6,0

3,75

12,5

72

20x20x4,2

A-TM6,0-31-1,4HR1

6,0

3,75

12,5

72

20x20x4,2

Примечание: модули с маркировной HR1 и HR2 отличаются повышенной надежностью.

Для модулей с другим числом пар ветвей (отличным от 127) напряжение можно выбирать по тому же принципу: 75% от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны и возможности источников питания. Например, на модули серии “ДРИФТ” (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В.

При эксплуатации важен надежный термический контакт между теплообменником и радиатором, поэтому ТЭМ крепится с использованием термопроводящей пасты (например, КПТ-8). Если нет специальной термопасты, можно с успехом применить фармакологические средства, купленные в аптеке, например, пасту Лассари или салицилово-цинковую пасту.

Поскольку максимальная температура на горячей стороне ТЭМ достигает +80°С (в высокотемпературных охладителях фирмы Supercool — +150°С), важно, чтобы ЭП охлаждался правильно. Горячая поверхность ТЭМ должна быть обращена к радиатору, с другой стороны которого установлен вентилятор охлаждения (поток воздуха направляется от радиатора). Вентилятор и ТЭМ в соответствии с полярностью подключаются к источнику питания, который может быть простейшим: понижающий трансформатор, выпрямитель на диодах и сглаживающий оксидный конденсатор. Но пульсации питающего напряжения не должны превышать 5%, в противном случае эффективность ТЭМ уменьшается. Лучше, если вентилятор и ТЭМ управляются электронным устройством на основе компаратора и датчика температуры. Как только температура охлаждаемого объекта повышается свыше установленного порога, автоматически включаются охладитель и вентилятор, и начинается охлаждение. Степень охлаждения (или нагрева) пропорциональна проходящегому через ТЭМ току, что позволяет с высокой точностью регулировать температуру “обслуживаемого” объекта.

Термоэлектрические модули загерметизированы, так что их можно применять даже в воде. Керамическая поверхность ТЭМ зашлифована, к ламелям (выводам) припаяны черный (“-”) и красный (“+”) провода. Если ТЭМ (рис.2) расположить выводами к себе так, чтобы черный провод был слева, а красный справа, сверху будет холодная сторона, а снизу — горячая. Маркировка обычно наносится на горячую сторону.

Табл.2

Температура воздействия, 0С

Место воздействия (сторона 1 или 2)*

Время воздействия, сек

Сотротивление (по прошествии времени воздействия), кОм

19

1,2

Постоянное

87

36

1

2

64

36

2

2

136

Нагрев зажигалкой

1

2

10

Нагрев зажигалкой**

2

2,4

>2000

-5 (в холодильнике)

1,2

300

135

-20 (на улице зимой)

1,2

300

98

36 после охлаждения в холодильнике (-5)

1

2

45

36 после охлаждения на улице (-20)

1

2

404

100 (кипящая вода)

1,2

60

2

Топка русской печи (открытое пламя)

1,2

60

0,06

Примечания:

* — сторона 1 — сторона с нанесенной маркировкой, сторона 2 — обратная сторона (относительно маркировки).

** При нагреве тыльной стороны в течение 4 с зажигалкой с открытым пламенем, касавшимся поверхности ЗП, на выводах был зафиксирован ток 200 мкА.

 

 

Наиболее «ходовые» типы модулей Пельтье — это однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей расшифровываются следующим образом: первое число — это количество термопар в модуле, второе — ширина сторон ветки (в мм), третье — высота ветки (в мм). Например, ТВ-127-1,4-1,5 — модуль, состоящий из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4×1,4×1,5 мм. Размеры модулей — 40×40 мм, толщина — около 4 мм. Стандартные однокаскадные модули выпускаются с максимальной мощностью до 70 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Типовые параметры ТЭМ приведены в табл.1.

Табл.3 Параметры термоэлектрического генератора

Параметр

Значение

Длина, мм

252

Ширина, мм

252

Высота, мм

170

Масса, кг, не более

8,5

Выходное напряжение, В

12

Максимальная выходная мощность, Вт

25

Температура установочной повехности, °С, не более

300


Рис. 9 термоэлектрический генератор

В экспериментах с ТЭМ я проверил изменение его сопротивления в разных режимах. К выводам (ламелям) модуля подключался тестер М830 в режиме измерения сопротивления. Результаты сведены в табл.2. При температурном воздействии, большем чем комнатная температура, на сторону ТЭМ с маркировкой, его сопротивление уменьшалось, на оборотную сторону — пропорционально увеличивалось (в строках 2 и 3 таблицы показана реакция на прикосновение ребром ладони к поверхности ТЭМ, температура указана приблизительно 36°С).

Учитывая обратимость элементов Пельтье, на их основе можно разрабатывать источники электропитания. Например, термоэлектрический генератор “В25-12(М)” компании “Криотерм” (рис.9) позволяет заряжать аккумуляторы мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, смотреть телевизор, продолжительное время работать на ноутбуке и пр. Единственное требование — нужна нагретая поверхность размерами 20×25 см. Параметры генератора приведены в табл.3.

А.Кашкаров.

 


TEC1-12706 термоэлектрический модуль Пельтье

Данный модуль предназначен для охлаждения или нагрева чего-либо с помощью электричества. Подробности читаем далее.
Прочитав информацию о том, как работают автомобильные холодильники, я сделал вывод что сложного там нету, и стоит попробовать самому, или хотя бы поэкспериментировать что это за зверь модуль Пельтье.
Заказал я несколько штук для эксперимента. Приехали в коробке целые.
Модуль представляет из себя керамические пластины 40 мм. * 40 мм. * 4 мм., между которыми полупроводники. При прохождении тока, одна пластина нагревается, а вторая охлаждается. Процесс этот мгновенный. По заявленным характеристикам, модуль генерирует разность температур между сторонами пластин в 66*С при этом максимум потребляет 6 ампер. При тесте было замечено, что этот максимум только при старте, спустя пару секунд потребляемый ток падает до 2.2А и это является его рабочее состояние. Существуют модели, которые заявлено потребляют 5, 4, 3 и даже 2 ампера, и я думаю что эти заявленные характеристики также только при старте, а дальше реальный потребляемый ток гораздо меньше, при том же параметре разницы температур в 66*С. Стоит предположить, что такие модули обладают большим КПД, но проверить нету возможности, да и такие модули немного дороже чем 12706.
К сожалению с фотографиями вышла проблема и осталась только одна фотка с теста. Тестировал таким образом: горячую сторону приложил на радиатор от видеокарты (без пасты и прижатия) тем самым охлаждал горячую сторону чтоб холодная остывала. для замера температуры использовал электронный термометр с датчиком. Спустя 20 минут от старта на холодной части модуля был слой льда, датчик также обледенел и показал -4.5 *С. при комнатной температуре ~26.

Поскольку нагрев горячей стороны с радиатором и кулером был не значительным — около 40 *С, то проверял ещё:
Второй тест, от которого фотки пропали был таким: между двумя радиаторами от процессора. горячую сторону охлаждал кулером, а холодная сторона была просто прижата к радиатору. при большой плоскости отдачи холода в комнату, температурный датчик холодного радиатора опустился до 13 *С и был весь покрыт инеем.
Если холодную часть положить в термобокс и дать чтоб холод циркулировался там и не уходил в окружающую среду, то я думаю с одного модуля можно получить хороший результат для маленького объема. Для реального же автохолодильника литров хоть на 15 одним модулем не обойтись, хотя все зависит от термоизоляции самого бокса.
Вывод: чем больше получиться охладить горячую сторону — тем больше у нас будет холода.
Если у кого-то есть опыт работы с этими модулями в разных модификациях — прошу писать свои замечания в комментариях, буду рад ответить на вопросы и выслушать Ваше мнение.

Элемент Пельтье — это… Что такое Элемент Пельтье?

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Принцип действия

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 К.

Достоинства и недостатки

Достоинством элемента Пельтье является небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования.

Недостатком элемента Пельтье является очень низкий коэффициент полезного действия, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

В батареях элементов Пельтье[1] возможно достижение теоретически очень большой разницы температур, в связи с этим лучше использовать импульсный метод регулирования температуры, благодаря которому можно снизить также потребление энергии.

Применение

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 для одностадийних холодильников и до −120 для двухстадийных).

Элементы Пельтье применяются также в качестве источника электрической энергии. Это возможно в случае, когда доступен источник тепловой энергии (геотермальный источник, печь, костер) или просто два близко расположенных объекта с разной температурой (трубопроводы горячей и холодной воды, нагретая на солнце металлическая пластина и сосуд со снегом или водой). Такой источник электрической энергии может быть применен для питания измерительной и сигнальной аппаратуры, а также для заряда аккумуляторов различных электронных устройств. http://poselenie.ucoz.ru/publ/6-1-0-45 http://overland-botsman.narod.ru/termogen.htm

Ссылки

Примечания

Способ изготовления термоэлектрического охлаждающего элемента

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к области создания охлаждающих элементов. Технический результат: повышение к.п.д. Сущность: в качестве материала для термоэлемента используют полимерный материал — полианилин, допированный различными химическими добавками. Изготовление полимерного материала с p- и n-проводимостью осуществляют путем процесса электрополимеризации из водного раствора анилина и соляной кислоты с химическими добавками. 1 ил.

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к области создания охлаждающих элементов. Изобретение может быть использовано для получения холода для промышленного, бытового и специального охлаждения (промышленные холодильники, промышленные кондиционеры, бытовые кондиционеры, бытовые холодильники, охлаждение электронных компонентов в различных электронных устройствах, рефрижераторы).

Основной целью технических решений является создание охлаждающего элемента с высоким КПД холодопроизводительности по отношению к существующим аналогам.

Известен полупроводниковый способ охлаждения на основе элементов Пельтье. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на возникновении разности температур при протекании электрического тока [1]. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию для перехода в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного р-типа в паре (обычно теллурида висмута BizTes и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей пленкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так что вверху находятся одни последовательности соединений (n->p), а снизу — противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются, или наоборот. Таким образом, электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создает разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например, при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится еще ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 К.

Достоинствами элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущих частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это дает возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования.

Недостатками элемента Пельтье является очень низкий КПД, что ведет к большей потребляемой мощности для достижения заметной разности температур.

Техническая задача заключается в создании способа изготовления термоэлектрических охлаждающих элементов с КПД не ниже 85%.

Сущность заявленного технического решения, согласно настоящему изобретению, заключается в том, что вместо полупроводниковых материалов используется полианилин, допированный различными химическими добавками.

Полианилин относится к классу проводящих полимеров, который обладает полупроводниковыми свойствами. В традиционных полупроводниках инжектированные носители фиксируются в виде зонных электронов и дырок без заметного искажения жесткой трехмерной кристаллической решетки. В органических молекулах, как известно, равновесная геометрия при ионизации существенно изменяется. В органическом полимере нежесткость квазиодномерной решетки приводит к локализации инжектированного при окислении или восстановлении заряда в области вызванного им искажения геометрии. Связанный с таким локальным искажением решетки ион-радикал называют поляроном, а получающийся при его ионизации бесспиновый двухзарядный ион — биполяроном. В транс-полиацетилене, основное состояние которого вырождено, возможно существование солитонов — бесспиновых однозарядных ионов и незаряженных радикалов, образование которых можно представить как результат распада поляронов и биполяронов. Такая схема допирования и запасания заряда в проводящих полимерах является практически общепринятой. Кроме того, предполагается, что при высокой концентрации дефектов их волновые функции могут перекрываться с образованием солитонных, поляронных и биполяронных зон, подобно тому как перекрывание волновых функций (орбиталей) электронов в периодической структуре (кристалле, полимерной цепочке) приводит к формированию хорошо известных электронных зон.

Структура полианилина димеризована, т.е. элементарная ячейка включает два мономерных звена за счет искажения Пайерлса:

что приводит к расщеплению всех энергетических зон на две. Из валентной зоны получаются заполненная и пустая зоны, разделенные энергетической щелью Пайерлса. Отклонение от плоской геометрии молекулы за счет отталкивания атомов водорода в орто-положениях соседних колец увеличивает эту щель [2].

Исходя из вышеизложенного, допированный полианилин может обладать как свойствами p-проводника, так и свойствами n-проводника в зависимости от добавки и pН среды.

Изготовление полимерного материала с p-проводимостью выполняют следующим образом. На отмытую подложку из ситалла, сапфира, поликора или иного диэлектрического материала с одной стороны проводят напыление слоя металла, в качестве которого можно использовать золото, платину или хром. Далее приготавливают водный раствор, который содержит соляную кислоту с концентрацией 2 моль/л, анилин с концентрацией 0,7 моль/л и химическую добавку, состоящую из хлорида натрия с концентрацией 0,3 моль/л и хлорида калия с концентрацией 0,3 моль/л.

Далее приготовленный раствор наливают в гальваническую ванну. Температура раствора должна быть в интервале от +15°С до +27°С. После чего в раствор на четверть опускают приготовленную подложку с напыленным металлическим слоем. Методом электрополимеризации наносят слой сорбента, представляющий собой пленку допированного полианилина.

Процесс осуществляют в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от плюс 3,3 В до минус 10,5 В на рабочем электроде, которым является подложка с напыленным металлическим слоем, относительно противоэлектрода, который в свою очередь может представлять собой графитовый стержень, проволоку из платины, золота, никеля, нержавеющей стали, хрома или пластин из этих же материалов. В ходе процесса наблюдается рост полимера на том участке поверхности напиленного металлического слоя, который контактирует с раствором. Время электрополимеризации процесса определяется индивидуально в каждом случае, в зависимости от толщины требуемого слоя для конкретной задачи. Далее подложку с допированным проводящим полимером промывают дистиллированной водой и высушивают.

Изготовление полимерного материала с n-проводимостью выполняют следующим образом. Ту же самую пластину, которая с одного конца уже покрыта слоем проводящего полимера с p-проводимостью, после просушки на четверть опять опускают в гальваническую ванну с новым раствором другой стороной металлической поверхности таким образом, чтобы нанесенное в предыдущей операции покрытие не касалось поверхности раствора и между поверхностью раствора и границей нанесенного полимерного слоя с p-проводимостью оставался зазор в виде напыленного материала без полимерного покрытия. Водный раствор для изготовления полимерного материала с n-проводимостью содержит соляную кислоту с концентрацией 2 моль/л, анилин с концентрацией 0,4 моль/л и химическую добавку, представляющую собой гетерополикислоту 1-12 ряда с химической формулой H3PW12O40, с концентрацией 0,2 моль/л.

Далее, как и при изготовлении полимерного материала с p-проводимостью, процесс проводят в гальванической ванне в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от плюс 5,2 В до минус 1,4 В на рабочем электроде, которым является та же подложка с напыленным металлическим слоем и нанесенным полимерным слоем с p-проводимостью относительно противоэлектрода, который может представлять собой графитовый стержень, проволоку из платины, золота, хрома или пластины из этих же материалов. Температура раствора должна находиться в интервале от +10°С до +27°С. Время нанесения также выбирается индивидуально, как и в предыдущей операции. После завершения процесса электрополимеризации проводящий полимер n-типа покрывает четверть диэлектрической подложки на металлической поверхности с противоположной стороны и между слоями полимера находится зазор, где напылен слой металла (см. чертеж). Далее подложку с допированным проводящим полимером промывают дистиллированной водой и высушивают.

Изготовленная таким образом подложка с двумя слоями проводящих полимеров p-типа и n-типа, разделенных между собой зазором с напыленным металлическим покрытием, служит основой для изготовления термоэлектрического охлаждающего элемента — аналога элемента Пельтье.

Термоэлектрический охлаждающий элемент изготавливают следующим образом. На изготовленную в предыдущих технологических операциях пластину 1 (см. чертеж) с напыленным металлическим покрытием 2 и покрытием с двух сторон слоями проводящих полимеров с p- и n-проводимостью накладывают два разделенных контактных электрода 5 и 6 на слои проводящих полимеров с p-проводмостью 3 и n-проводимостью 4. Контактные электроды 5 и 6 могут быть выполнены в виде металлических пластин из хрома, никеля, нержавеющей стали, титана, серебра, меди.

Работа такого термоэлемента аналогична работе элементов Пельтье. От источника постоянного тока 7, как показано на чертеже, осуществляется питание данного изделия. Подложка 1 охлаждается, а контактные электроды 5 и 6 нагреваются. Если направление тока меняется, то процесс будет протекать наоборот.

Пример. Способ изготовления термоэлектрического охлаждающего элемента.

Изготовление осуществляли следующим образом. Взяли ситалловую подложку с габаритными размерами 40×40×3 мм. После тщательной промывки в эфире произвели напыления тонкого слоя хрома на одну сторону поверхности ситалловой подложки. Затем приготовили водный раствор, который содержит соляную кислоту с концентрацией 2 моль/л, анилин с концентрацией 0,7 моль/л и химическую добавку, состоящую из хлорида натрия с концентрацией 0,3 моль/л и хлорида калия с концентрацией 0,3 моль/л. Далее приготовленный раствор налили в гальваническую ванну. Измерили температуру, которая составила +19°С.

В раствор на четверть опустили подготовленную подложку с напыленным металлическим слоем хрома. После чего методом электрополимеризации нанесли слой сорбента, представляющий собой пленку допированного полианилина. Данный процесс осуществляли в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от плюс 3,3 В до минус 10,5 В на рабочем электроде, которым являлась подложка с напыленным металлическим слоем хрома относительно противоэлектрода, который был выполнен из графитового стержня. В ходе процесса наблюдался рост пленки полимера на участке поверхности напыленного металлического слоя хрома, который контактировал с раствором.

Время процесса электрополимеризации составило 20 мин. После чего подожку с допированным проводящим полимером промыли дистиллированной водой и высушили.

Далее приступили ко второй операции — изготовлению полимерного материала с n-проводимостью. Ту же самую пластину, которая с одного конца уже покрыта слоем проводящего полимера с p-проводимостью, после просушки опустили на четверть в гальваническую ванну с новым раствором другой стороной металлической поверхности таким образом, чтобы нанесенное в предыдущей операции покрытие не касалось поверхности раствора и между поверхностью раствора и границей нанесенного полимерного слоя в предыдущей операции оставался зазор, представляющий собой слой напыленного хрома без покрытия.

Новый водный раствор для изготовления полимерного материала с n-проводимостью приготовили таким образом, чтобы он содержал соляную кислоту с концентрацией 2 моль/л, анилин с концентрацией 0,4 моль/л и химическую добавку, представляющую собой гетерополикислоту 1-12 ряда с химической формулой H3PW12O40,, с концентрацией 0,2 моль/л.

Далее, как и при изготовлении полимерного материала с p-проводимостью, осуществили процесс электрополимеризации в гальванической ванне в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от плюс 5,2 В до минус 1,4 В на рабочем электроде, которым являлась та же подложка с напыленным металлическим слоем и нанесенным в предыдущей операции полимерным покрытием с p-проводимостью. Потенциалы задавались относительно противоэлектрода, который был выполнен из графитового стержня. Время нанесения составило 20 мин. Температуру раствора поддерживали в интервале 20-22°С. После завершения процесса электрополимеризации проводящий полимер n-типа покрыл другую четверть ситалловой подложки на металлической хромовой поверхности, и между слоями полимера образовался зазор, непокрытый полимером (см. чертеж). Далее подложку промыли дистиллированной водой и высушили. После чего на изготовленную в предыдущих технологических операциях подложку (см. чертеж) с напыленным металлическим хромовым покрытием и покрытием с двух сторон слоями проводящих полимеров с p- и n-проводимостью наложили два контактных раздельных электрода, выполненные из хромовых пластин и закрепили. После чего, как показано на чертеже, собранное изделие подключили к источнику тока.

Напряжение на источники питания выставили 5,2 В. Сила тока при этом составила 0,052 А. Температура окружающей среды составляла 24°С. После подачи тока через 5 минут температура подложки составила минус 4°С. После установления показаний к охлаждающей подложке поднесли источник тепла с температурой +36°С. Температура охлаждаемой подложки увеличилась до минус 1°С, а ток увеличился до 0,078 А. Электрическая мощность термоэлектрического охлаждающего элемента изначально составляла 0,27 Вт, а после увеличения тепловой нагрузки составила 0,45 Вт.

Для сравнения эффективности со стандартным полупроводниковым элементом Пельтье был взят термоэлектрический охлаждающий элемент, аналогичный по габаритным размерам, компании «КРИОТЕРМ» [3] и был произведен аналогичный эксперимент. Напряжение на источнике тока выставили 2,2 В, ток при этом составил 0,88 А. Температура окружающей среды также составляла плюс 24°С, а температура охлаждаемой поверхности составила минус 4°С. После подачи на охлаждаемую поверхность элемента Пельтье источника тепла с температурой +36°С для стабильной работы элемента напряжение питания пришлось увеличить до 4,2 В. При этом ток увеличился до 1,75 А. Температура охлаждаемой поверхности также увеличилась до минус 1°С. Электрическая мощность элемента Пельтье изначально составляла 1,94 Вт, а после увеличения тепловой нагрузки составила 7,35 Вт.

Вывод. Предложенный способ изготовления термоэлектрического охлаждающего элемента в данном изобретении дает возможность изготавливать охлаждающие элементы, в 7-16 раз более эффективные по сравнению с существующими аналогами.

Источники информации

1. Википедия — свободная энциклопедия. Элемент Пельтье,

http://m.wikipedia.org/w/index.php?title=Элемент_Пельтье&oldid=48963856.

2. Электрохимия полимеров / М.Р. Тарасевич, С.Б. Орлов, Н.И. Школьников и др. — М.: Наука, 1990, с.121-145.

3. Компания «КРИОТЕРМ», Термоэлектрические охлаждающие модули, http://shop.kryotherm.ru/mdex.php?idCat=1.

Изготовление термоэлектрического охлаждающего элемента, включающее использование полупроводниковых материалов с p- и n-проводимостью с использованием диэлектрических подложек с напыленным металлическим покрытием, отличающееся тем, что диэлектрическая подложка может быть выполнена из ситалла, сапфира, поликора или иного диэлектрического материала, на которую с одной стороны тонким слоем должен быть напылен металл, в качестве которого можно использовать золото, платину или хром, и данное изделие используется качестве рабочего электрода, на который на четверть с одной стороны и на четверть с другой наносят проводящие слои допированного полимера с p- и n-проводимостью, для изготовления полимерного материала с р-проводимостью используют водный раствор, который содержит соляную кислоту с концентрацией 2 моль/л, анилин с концентрацией 0,7 моль/л и химическую добавку, состоящую из хлорида натрия с концентрацией 0,3 моль/л и хлорида калия с концентрацией 0,3 моль/л; далее приготовленный раствор наливают в гальваническую ванну, температура раствора должна быть в интервале от +15°С до +27°С, после чего в раствор на четверть опускают приготовленную подложку с напыленным металлическим слоем, а затем методом электрополимеризации наносят слой сорбента, представляющий собой пленку допированного полианилина, процесс осуществляют в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от плюс 3,3 В до минус 10,5 В на рабочем электроде, которым является подложка с напыленным металлическим слоем, относительно противоэлектрода, который в свою очередь может представлять собой графитовый стержень, проволоку из платины, золота, никеля, нержавеющей стали, хрома или пластин из этих же материалов, где в ходе процесса наблюдается рост полимера на том участке поверхности напыленного металлического слоя, который контактирует с раствором, а время электрополимеризации процесса определяется индивидуально в каждом случае, в зависимости от толщины требуемого слоя для конкретной задачи, после чего подложку с допированным проводящим полимером промывают дистиллированной водой и высушивают, после чего приступают к изготовлению полимерного материала с n-проводимостью, для этого ту же самую пластину, которая с одного конца уже покрыта слоем проводящего полимера с p-проводимостью, после просушки на четверть опять опускают в гальваническую ванну с новым раствором другой стороной металлической поверхности таким образом, чтобы нанесенное в предыдущей операции покрытие не касалось поверхности раствора и между поверхностью раствора и границей нанесенного полимерного слоя с p-проводимостью оставался зазор в виде напыленного материала без полимерного покрытия, водный раствор для изготовления полимерного материала с n-проводимостью содержит соляную кислоту с концентрацией 2 моль/л, анилин с концентрацией 0,4 моль/л и химическую добавку, представляющую собой гетерополикислоту 1-12 ряда с химической формулой H3PW12O40, концентрацией 0,2 моль/л, далее процесс осуществляют в гальванической ванне в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от плюс 5,2 В до минус 1,4 В на рабочем электроде, которым является та же подложка с напыленным металлическим слоем и нанесенным полимерным слоем с p-проводимостью относительно противоэлектрода, который может представлять собой графитовый стержень, проволоку из платины, золота, хрома или пластины из этих же материалов, а температура раствора должна находится в интервале от +10°С до +27°С, время нанесения выбирается индивидуально, после завершения процесса электрополимеризации проводящий полимер n-типа покрывает четверть диэлектрической подложки на металлической поверхности с противоположной стороны и между слоями полимера находится зазор, где напылен слой металла, затем подложку с допированным проводящим полимером промывают дистиллированной водой и высушивают, после чего производят сборку непосредственно термоэлектрического охлаждающего элемента, которая заключается в том, что на изготовленную пластину 1 с напыленным металлическим покрытием 2 и покрытием с двух сторон слоями проводящих полимеров с p- и n-проводимостью накладывают два разделенных контактных электрода 5 и 6 на слои проводящих полимеров с p-проводмостью 3 и n-проводимостью 4, контактные электроды 5 и 6, которые могут быть выполнены в виде металлических пластин из хрома, никеля, нержавеющей стали, титана, серебра, меди, после чего от источника постоянного тока 7 осуществляется питание данного изделия, в ходе чего подложка 1 охлаждается, а контактные электроды 5 и 6 нагреваются.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *