Экономичный, высокопроизводительный гибкий пельтье Free Sample Now
Исследуйте массив. гибкий пельтье каталог на Alibaba.com и покупайте продукты, которые стоят каждой копейки. гибкий пельтье на Alibaba.com доступны в различных размерах, температурах и выходном токе .. гибкий пельтье полезны для обеспечения однонаправленного потока тока, достижения переменного сопротивления в данной цепи, а также для специализированных приложений, таких как светочувствительность.
гибкий пельтье доступны в виде термисторов, резисторов, термоэлектрических охладителей и т. д. на Alibaba.com. У них есть несколько значений удельного сопротивления и проводимости в соответствии с вашими потребностями. гибкий пельтье легированы как n-тип или p-тип. Производство товаров осуществляется из кремния, германия или стекла. гибкий пельтье легкие, а их электрические свойства можно легко изменить.
Они также уменьшают потери мощности, в отличие от традиционных проводников. Эти изделия обеспечивают умеренный контролируемый поток тока, что делает их идеальным выбором для компактных цепей, требующих незначительного тока.
гибкий пельтье в наличии интегральные схемы, пружинные зонды, сверхтонкие и толстые пластины. Они используются в качестве тестовых пластин или виртуальных пластин, чтобы минимизировать время и расходы на тестирование электрических характеристик. гибкий пельтье являются центральным элементом быстро развивающейся индустрии электроники и потребительских товаров. Они применимы в автомобилях, медицинских инструментах, бытовой технике, исследованиях и разработках, обороне и т. Д. гибкий пельтье обеспечивают надежную работу и быстрые операции во множестве отраслей. Продукты прошли строгие испытания, такие как электрическое сопротивление, электронная микроскопия, рентгеновская рентгеноскопия и т. Д., Что подтвердило высочайшее качество.
С помощью этих данных можно получить данные о прибыли. гибкий пельтье диапазон на Alibaba.com. Авторитетный. Поставщики гибкий пельтье по всему миру покупают на этом сайте благодаря своему превосходному качеству и выгодным предложениям. Купите сейчас и не упустите эксклюзивные продукты и услуги премиум-класса, которые выделят вас среди конкурентов.
Улучшенный способ получения термоэлектрических элементов посредством порошковой металлургии
Изобретение относится к способу получения термоэлектрического элемента или по меньшей мере одного его полуфабриката, при котором множество ветвей термоэлемента, изготовленных из активного материала с термоэлектрической активностью, вводят в, по сути, плоскую подложку, изготовленную из электро- и термоизоляционного материала подложки, таким образом, что ветви термоэлемента проходят через подложку, по сути, перпендикулярно плоскости подложки, и при котором активный материал заранее подготавливают в порошкообразной форме, прессуют с получением неспеченных заготовок и затем спекают внутри подложки с получением ветвей термоэлемента.
Термоэлектрический элемент представляет собой преобразователь энергии, который преобразует тепловую энергию в электроэнергию, используя термоэлектрический эффект, который описали Пельтье и Зеебек. Поскольку термоэлектрический эффект является обратимым, любой термоэлектрический элемент также можно применять для преобразования электроэнергии в тепловую энергию: элементы, известные как элементы Пельтье, применяют для охлаждения или нагревания объектов при потреблении электропитания. Элементы Пельтье, следовательно, в контексте настоящего изобретения также рассматривают в качестве термоэлектрических элементов. Термоэлектрические элементы, которые выполняют функцию преобразования тепловой энергии в электроэнергию, часто называют термоэлектрогенераторами (TEGs).
Примеры термоэлектрических элементов и ознакомление с термоэлектрическими элементами можно найти в следующих источниках:
• Thermoelectrics Handbook – Macro to nano, D. M. Rowe (ed.), CRC – Taylor & Francis Group, Boca Raton, London, New York, 2006, ISBN 978-0-8493-2264-8;
• Thermoelectrics Goes Automotive, D.
Jänsch (ed.), expert verlag GmbH, 2011, ISBN 978-3-8169-3064-8;
• JP 2006032850A;
• EP 0773592A2;
• US 6872879B1;
• US 20050112872A1;
• JP 2004265988A.
Промышленные исполнения термоэлектрических элементов включают по меньшей мере одну термопару из материала с термоэлектрической активностью, образованную из двух ветвей термоэлемента, и юбку, которая является опорой, и окружает, и электрически изолирует термопару снаружи.
В уровне техники описано большое количество материалов с термоэлектрической активностью. Примеры приемлемых сплавов для коммерческого применения включают таковые из класса полупроводящих теллуридов висмута (особенно с дополнительными компонентами из селена и/или сурьмы), из которых – при соответствующем добавлении примеси с дырочной проводимостью и добавлении примеси с электронной проводимостью – можно образовать термопару.
Дополнительными классами веществ с термоэлектрической активностью являются: половинные материалы Гейслера, различные силициды (особенно магния, железа), различные теллуриды (свинца, олова, лантана, сурьмы, серебра), различные антимониды (цинка, церия, железа, иттербия, марганца, кобальта, висмута; некоторые также называют фазами Цинтля), TAGS, германиды кремния, клатраты (особенно на основе германия).
В уровне техники раскрывают продавливание активного материала в порошкообразной форме через перфорированную матрицу таким образом, что получают неспеченные заготовки в форме таблеток. Данная матрица представляет собой массивную форму из устройства для таблетирования. Термоэлектрические неспеченные заготовки, продавленные через матрицу, затем спекают, возможно, при необходимости, нарезают пилой до необходимого размера, шлифуют и/или покрывают, располагают приемлемым образом с помощью перфорированной сетки и электрически соединяют друг с другом посредством перемычек припоя, сетку снова удаляют, наносят оставшиеся контактные перемычки и полуфабрикат термоэлектрического элемента, полученный таким образом, наконец, дополняют двумя верхними слоями, в частности, керамических материалов и необязательно боковым уплотнением (например, посредством силиконовых герметизирующих составов) с образованием готового к применению модуля.
В WO 2008061823 A1 раскрывают получение полуфабриката термоэлектрического элемента посредством введения термоэлектрического материала в виде порошка в плоскую пористую подложку.
Ветви полученного термоэлемента проходят перпендикулярно плоскости подложки.
Недостатком данного способа является то, что данная матрица должна обязательно состоять из термо- и электроизоляционного материала, поскольку она остается в TEG в качестве подложки. В то же время, матрица должна выдерживать высокие механические нагрузки во время прессования неспеченных заготовок, что ограничивает выбор термо- и электроизоляционного материала подложки.
Исходя из данного уровня техники, изобретение основано на цели, заключающейся в усовершенствовании способа общего типа, упомянутого во вступлении, для повышения степени свободы выбора термо- и электроизоляционного материала подложки.
Цель достигают за счет того, что порошкообразный активный материал прессуют в форме, расположенной вне подложки, с получением неспеченных заготовок, причем неспеченные заготовки выдавливают из формы и помещают в отверстия, предусмотренные в подложке, где их спекают с получением ветвей термоэлементов.
Таким образом, изобретение относится к способу получения термоэлектрического элемента или по меньшей мере одного его полуфабриката, при котором множество ветвей термоэлемента, изготовленных из активного материала с термоэлектрической активностью, вводят в, по сути, плоскую подложку, изготовленную из электро- и термоизоляционного материала подложки, таким образом, что ветви термоэлемента проходят через подложку, по сути, перпендикулярно плоскости подложки, и при котором активный материал заранее подготавливают в порошкообразной форме, прессуют с получением неспеченных заготовок и затем спекают внутри подложки с получением ветвей термоэлемента, при этом порошкообразный активный материал прессуют в форме, расположенной вне подложки, с получением неспеченных заготовок, причем неспеченные заготовки выдавливают из формы и помещают в отверстия, предусмотренные в подложке, где их спекают с получением ветвей термоэлементов.
Изобретение основано на идее прессования порошка ex situ, а именно в специальной форме вне подложки, с получением неспеченных заготовок и затем вталкивания неспеченных заготовок в отверстия, предусмотренные в подложке для данной цели.
Касательно прессования in situ, осуществляемого в соответствии с DE 102012205087 A1, данная процедура имеет очевидное преимущество, заключающееся в том, что форма более не выполняет никаких функций в последующем TEG и, следовательно, нет необходимости в том, чтобы она состояла из изоляционного материала. Таким образом, в самом простом случае возможным является изготовление формы из стали, которая обладает превосходной способностью выдерживать усилия, возникающие во время прессования неспеченных заготовок. В то же время, подложка может состоять из термо- и электроизоляционного материала, который обладает исключительно относительно низкой механической прочностью, поскольку усилия, которые возникают при вталкивании неспеченных заготовок в подложку, значительно ниже, чем таковые, которые возникают при прессовании порошка.
Способ в соответствии с настоящим изобретением не только раскрывает преимущества в отношении получаемого продукта, но также обеспечивает технологические преимущества.
Таким образом, в одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривают применение одних и тех же инструментов для прессования порошкообразного активного материала с получением неспеченных заготовок и для вталкивания данных неспеченных заготовок в отверстия в подложке. Инструменты для прессования не только предназначены лишь для приложения давления на материал, но также для перемещения материала. Многоцелевое использование инструментов рационализирует производственный процесс. Усилие прессования, необходимое для прессования активного материала, превышает приблизительно в 10-100 раз усилие, необходимое для вталкивания неспеченной заготовки в подложку.
Предпочтительно, инструменты представляют собой по меньшей мере одну пару пуансонов, которые вставляют с обеих сторон в форму, и один из которых проходит через отверстие, предусмотренное в подложке для соответствующей неспеченной заготовки. Такое расположение является особенно простым для внедрения с точки зрения технологического процесса.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением предусматривают, что ряд форм объединяют с получением плоской матрицы, и что по меньшей мере в течение прессования активного материала и введения неспеченных заготовок матрицу располагают по всей площади на подложке таким образом, что отверстия и формы находятся на одной линии друг относительно друга. Объединение множества форм с получением матрицы делает возможным снижение времени обработки, поскольку возможным становится одновременное заполнение порошком множества форм, прессование неспеченных заготовок в них и затем вталкивание последних в подложку.
Это делает способ значительно более быстрым и более эффективным. В данном контексте формы предпочтительно объединяют с получением плоской матрицы, которая располагается по всей площади на подложке таким образом, что матрица может фиксировать подложку в течение введения. Подробности будут описаны далее. С целью обеспечения возможности одного из пуансонов входить в формы через подложку, отверстия и формы должны находиться на одной линии друг относительно друга. Предпочтительно, количество форм, объединенных с получением матрицы, соответствует количеству отверстий в подложке. Таким образом, возможным является заполнение всей подложки из матрицы за одну операцию. В качестве альтернативы, возможным является объединение меньшего количества форм, например, с получением ленты матриц, и заполнение подложки неспеченными заготовками за множество проходов.
Отверстия в подложке предпочтительно находятся в форме цилиндров круглого сечения и созданы в виде сквозных отверстий. Круговые цилиндрические сквозные отверстия, в частности, легко внедрять в подложку.
Соответственно, форма также должна быть сформирована в качестве цилиндра кругового сечения, в частности, по сути, с таким же диаметром, что и отверстия, поскольку спрессованная неспеченная заготовка имеет размеры, подобные размеру последующей ветви термоэлемента. А именно, форма затем одновременно выполняет функцию калибровки неспеченной заготовки.
Перед прессованием неспеченных заготовок в подложку последнюю необходимо обеспечить приемлемыми отверстиями, в которые вталкивают неспеченные заготовки. Отверстия предпочтительно создают с помощью производственного процесса с удалением крошки, такого как, например, сверление или фрезерование. Сверление оказалось особенно предпочтительным, поскольку отверстие можно высверлить непосредственно до его конечного размера. В случае, если точность сверления или качество поверхности высверленной стенки отверстия являются не достаточными, стенку можно также рассверлить. В любом случае, рекомендуется сверлить в сухом состоянии, т.е. без помощи смазывающе-охлаждающих средств.
Это нелогично, поскольку материал подложки, подлежащей сверлению, является термоизоляционным и, следовательно, допускает лишь ограниченное рассеивание тепла, которое предполагает добавление смазывающе-охлаждающих средств. Однако неожиданно было обнаружено, что стенка материала подложки подвержена повреждению в меньшей степени без применения смазывающе-охлаждающего средства, и, соответственно, неспеченная заготовка и полученная из нее впоследствии ветвь термоэлемента проявляет лучшую степень фиксации в отверстии, предусмотренном для нее.
Адгезию и притирку неспеченной заготовки или ветви термоэлемента в отверстии можно значительно улучшить посредством очистки отверстий продуванием во время и непосредственно после обработки с удалением крошки с целью эффективного удаления удаляемого материала. Однако для очистки продуванием применяют не только традиционный сжатый воздух, но чаще инертный газ, который, по сути, не содержит кислород, диоксид углерода и водяной пар. Наиболее приемлемым для очистки отверстий продуванием является сухой азот.
Причиной применения инертного газа является чувствительность в отношении окисления многих термоэлектрических активных материалов.
Важным является то, что подложку закрепляют с обеих сторон зажимными средствами по всей площади в течение выполнения отверстий, и, в частности, по меньшей мере на участке отверстий, подлежащих введению, но в лучшем случае, по всей площади. Причиной этого является то, что многие материалы подложки, в частности те, которые созданы в виде слоистых материалов, могут раскалываться, разрываться или расслаиваться в течение сверления. Этого нужно полностью избегать, поскольку в противном случае притирка ветвей в подложке ослабляется, и какие-либо трещины в подложке могут распространиться и могут привести к разламыванию термоэлектрического элемента. Однако, если подложку зажимают по обеим сторонам зажимными средствами и подвергают воздействию незначительного давления, это значительно снижает риск образования такого повреждения. Кроме того, значительно лучшее качество поверхности сторон высверленных отверстий достигают по сравнению с осуществлением без закрепления.
Приемлемое значение давления, до которого зажимные средства должны подвергать воздействию подложку, находится в диапазоне от 20 кПа до 100 кПа.
В частности, когда зажимные средства располагаются по всей площади на подложке, целесообразно по меньшей мере для одного из двух средств закрепления иметь отверстия, через которые проходит сверлильное устройство при сверлении отверстий. Нет смысла осуществлять сверление в зажимных средствах с использованием сверлильного устройства. Кроме того, зажимные средства, обеспеченные отверстиями, в то же время можно использовать в качестве матрицы после выполнения отверстий. Это делает способ значительно более эффективным, поскольку обходятся без повторного закрепления.
С принципиальной точки зрения способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность выбора из широкого спектра возможных материалов подложки. С целью увеличения эффективности термоэлектрического генератора выбранный материал подложки должен, в той степени, насколько это возможно, обладать высокими термо- и электроизоляционными свойствами.
Тем не менее материал подложки также должен быть доступным по низкой цене с целью обеспечения экономической эффективности. Кроме того, материал подложки должен обладать термостойкостью, которая является приемлемой для дальнейшего производственного пути и последующего применения в термоэлектрическом элементе. Примеры особенно выгодных с экономической точки зрения материалов подложки представляют собой композиционные материалы, изготовленные из неорганического сырья и связующих. Неорганическое сырье предпочтительно представляет собой слюду, перлит, флогопит или мусковит. В качестве связующего предпочтительно применяют силикон или силиконовую смолу. Посредством данных материалов, в частности, возможным является получение слоистых подложек, выполненных в виде слоистых материалов. Наиболее приемлемыми в качестве субстрата являются изоляционные плиты, доступные под торговыми названиями Miglasil® и Pamitherm® от von Roll AG. Они представляют собой слоистые материалы, полученные из силикон-связанных мусковитов.
Данный термостабильный изоляционный материал характеризуется исключительной механической обрабатываемостью в соответствии со способом по настоящему изобретению, несмотря на относительную механическую хрупкость. Слоистая форма, в частности, является склонной к образованию трещин, которые возникают в случае выполнения отверстий не в соответствии с настоящим изобретением.
При применении слоистых материалов подложки, изготовленных из неорганического сырья и связующих, важно соблюдать приемлемые параметры оборудования в течение механической обработки во избежание повреждения материала. Таким образом, в течение перфорирования с удалением крошки плит Pamitherm с применением цельных твердосплавных сверл следует соблюдать скорость бурения в диапазоне от 0,3 м/с до 1,5 м/с. В случае диаметра сверла 4 мм подразумеваются значения скорости вращения от приблизительно 1500 до 7500 об/мин. Подача должна находиться в диапазоне от 50 до 250 мм/мин. Также можно использовать сверла и фрезерные сверла, разработанные специально для слоистых материалов.
Подложку применяют в виде плоского материала с толщиной от 1 до 10 мм. Толщина предпочтительно составляет от 1,5 до 4 мм, наиболее предпочтительно от 2 до 3 мм. Плиты Pamitherm® доступны с такой толщиной.
Для каждой термопары, в каждом случае необходимыми являются два различных проводящих термоэлектрических активных материала, и они электрически соединены друг с другом, причем первый активный материал, например, характеризуется дырочной проводимостью, а второй активный материал – электронной проводимостью или vice versa. «Различные» в данном документе означает, что два активных материала имеют различный коэффициент Зеебека. Полупроводники с дырочной проводимостью и полупроводники с электронной проводимостью являются особенно предпочтительными в качестве активных материалов, поскольку их коэффициенты Зеебека имеют различные знаки (отрицательный – для проводников с электронной проводимостью, положительный – для проводников с дырочной проводимостью), и, соответственно, численная разность коэффициентов Зеебека является очень большой. Это повышает эффективность термоэлектрического элемента.
Предпочтительно, в способе в соответствии с настоящим изобретением два активных материала прессуют одновременно с получением соответствующих неспеченных заготовок.
В принципе, можно применять любой термоэлектрический активный материал в соответствии с настоящим изобретением, при условии, что его можно обрабатывать посредством порошковой металлургии. Таковыми, в частности, являются сплавы из класса теллуридов висмута, антимонидов цинка, силицидов и половинных материалов Гейслера.
Распределение по размеру частиц активного материала имеет особое значение для прессования и для процедуры спекания. Оно определяется посредством лазерной дифракции. Следовательно, средний размер частиц d50 активного материала составляет от 1 до 50 мкм. Хотя порошок с таким размером частиц проявляет струйное свойство в течение уплотнения и преимущественно преобразует усилия, приложенные пуансонами в течение прессования, в поперечные усилия, которые воздействуют на форму, это не является существенным в контексте настоящего изобретения, поскольку форма может состоять из устойчивого материала, такого как сталь, который выдерживает поперечные усилия.
Следовательно, средний размер частиц в диапазоне от 1 до 50 мкм является предпочтительным, поскольку активный материал может быть измельчен до такого размера частиц при относительно низком потреблении энергии – чем меньше размер частиц материала, тем более энергоемким является его измельчение. В данном контексте, было показано, что средний размер частиц от 1 до 50 мкм обеспечивает исключительный баланс между потребностью в энергии для получения порошка и качеством спеченных ветвей. Потребность в энергии процесса измельчения может быть снижена посредством измельчения при максимальной температуре от 30°C до 50°C. Благодаря этому измельчаемый материал также подвергается меньшей тепловой нагрузке, что является выгодным для термоэлектрического коэффициента добротности.
После того как форму заполняют порошкообразным активным материалом, данный материал предпочтительно подвергают вибрации. В самом простом случае это осуществляют посредством возбуждения колебания формы со значениями частоты от 5 до 50 Гц и значениями амплитуды отклонения до 0,1 мм в течение периода времени 1-5 секунд.
В качестве альтернативы, порошок можно подвергать вибрации с помощью погруженной иглы (диаметром <1 мм), при этом игла должна быть погружена по центру на одной линии с отверстием до достижения глубины погружения в порошке по меньшей мере 90%, частоты должны составлять до 1000 Гц при максимальном смещении кончика иглы (без учета окружающего порошка) 0,5 мм и длительности вибрации от 1 до 5 секунд. Игла должна затем быть извлечена из порошка при продолжающейся вибрации. Вибрация является причиной оседания порошковой смеси таким образом, что в течение прессования не происходят внезапные изменения объема, которые можно связать с повреждением неспеченной заготовки.
Давление прессования для прессования порошкообразного активного материала с получением неспеченных заготовок зависит от выбранного материала и от распределения частиц по размеру. Теллуриды висмута, имеющие средний размер частиц от 1 до 50 мкм, предпочтительно прессуют в неспеченные заготовки при давлении 500-5000 МПа с получением средней плотности неспеченных заготовок, составляющей по меньшей мере 90% от плотности цельного исходного материала (слитка).
После введения неспеченных заготовок в подложку их спекают в ней. Например, это осуществляют с помощью способов спекания под действием электрического тока, т.е. посредством пропускания электрического тока и последующего нагревания структуры активного материала. В данном контексте искровое плазменное спекание (SPS) является наиболее предпочтительным способом спекания под действием электрического тока, и оно широко описано в соответствующей литературе. В течение спекания под действием электрического тока пару пуансонов, которую используют для вталкивания неспеченных заготовок в подложку, можно использовать в качестве пары электродов. Процесс спекания (т.е. прохождение электрического тока) таким образом можно начинать даже в течение уплотнения в форме, при этом данная форма не является электропроводной. По этой причине спекание предпочтительно осуществляют в электроизоляционной подложке. Ввиду того, что пуансоны используют одновременно в качестве электродов, также возможным является использование пуансонов для приложения дополнительного давления неспеченной заготовке в течение процесса спекания, однако, давление пуансонов является ниже, чем во время предшествующего холодного прессования неспеченной заготовки.
Тем не менее применение способа спекания под действием электрического тока не является предпочтительным по сравнению с термическим способом при традиционном печном способе.
Исходя из этого, подложку с введенными неспеченными заготовками помещают для спекания в автоклав, в котором происходит процесс спекания при повышенном давлении и повышенной температуре в инертной атмосфере. В данном контексте под инертной атмосферой понимают смесь газов, которая заполняет автоклав и насколько это возможно не содержит кислород, диоксид углерода, водяной пар и другие окисляющие вещества, поскольку данные вещества, в частности при высоких температуре и давлении, могут окислять активный материал. Это можно предотвратить путем применения азота или аргона (с чистотой соответственно по меньшей мере 4.0, но предпочтительно 5.0) в качестве инертной атмосферы в печи. Гидростатическое давление, прилагаемое атмосферой в печи на обрабатываемую заготовку, предпочтительно должно быть выбрано таким образом, чтобы оно было ниже давления, прилагаемого на порошкообразный активный материал в течение холодного прессования неспеченных заготовок.
Это требование обусловлено тем, что в противном случае существует риск повреждения обрабатываемой заготовки, в частности материала подложки, в автоклаве.
Например, если спеканию в подложке Pamitherm® подлежит теллурид висмута, выбирают следующие условия в автоклаве.
Азот (чистота 5.0), температура печи 250-330°C, максимальное давление 5-30 МПа, продолжительность пребывания при максимальном давлении от 10 с до 10 мин.
Конкретное преимущество способа термического запекания заключается в том, что термоэлектрический элемент подвергают более низким механическим нагрузкам, чем в случае других способов спекания. Это является предпочтительным особенно при применении чувствительных материалов подложки. Кроме того, данный способ термического запекания также экономически выгоден относительно способов спекания под действием электрического тока. Это связано с тем, что множество подложек, снабженных неспеченными заготовками, можно одновременно подвергать процессу автоклавирования.
Процесс прессования таким образом разделяют в контексте технологического процесса. В большинстве способов спекания под действием электрического тока в течение процесса спекания необходимым является одновременное приложение механического давления на спекаемую заготовку. Это означает, что процесс спекания происходит внутри фактического инструмента для прессования или внутри подобного устройства. Такие способы спекания характеризуются относительно длительной продолжительностью пребывания, т.е. большим временем обработки, и, таким образом, производительностью для каждого инструмента для спекания, при этом предшествующие заполнение порошком и процедура прессования обычно характеризуются коротким промежутком времени обработки (приблизительно в секундах). В то же время, устройства для приложения высоких сжимающих усилий, как правило, являются дорогими и приводят к высоким постоянным затратам энергии. Спекание в таком инструменте для прессования, следовательно, является экономически невыгодным, поскольку это приводит к высоким инвестиционным и эксплуатационным расходам при низкой производительности.
Касательно технологического процесса процесс спекания можно осуществлять наиболее просто в виде периодического процесса, при этом сверление и прессование можно осуществлять как циклический непрерывный процесс. Для того чтобы связать две стадии процесса, как уже было упомянуто, предпочтительно собрать множество плит подложек с введенными неспеченными заготовками на поддон и поместить их в автоклав. Затем в нем происходит предпочтительное совместное спекание.
В конце процесса спекания получают полуфабрикат термоэлектрического элемента, который состоит из изоляционной подложки с ветвями термоэлементов, вставленными в нее. С целью создания из нее функционального термоэлектрического генератора необходимо, чтобы электрические контакты были сформированы приемлемым образом, по меньшей мере на одной стороне подложки, между активным материалом, спеченным в отверстиях, например, посредством пайки. Путем пайки отдельных ветвей термоэлементов друг с другом образуют термопары с термоэлектрической активностью. Кроме того, множество термопар внутри термоэлектрического элемента могут быть соединены друг с другом параллельно и/или последовательно с целью повышения мощности или величины напряжения TEG. Соединение ветвей термоэлемента или термопар предпочтительно осуществляют посредством известной методики пайки.
Тем не менее при пайке следует отметить что компоненты припоя, такие как, например, олово, серебро или свинец, могут быть подвержены диффузии в значительной степени в активные материалы, что может иметь длительный неблагоприятный эффект на характеристики термоэлектрического элемента. С целью предотвращения этого следует обеспечить диффузионный барьер между активным материалом и припоем. Приемлемый диффузионный барьер представляет собой, в частности, слой никеля, вольфрама, молибдена или полиморфные модификации углерода, отдельно или их смеси. Такой диффузионный барьер можно наносить, например, путем напыления, путем химического осаждения из паровой фазы или путем плазменного напыления порошка. В ходе осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением также возможно применение диффузионного барьера деформационным способом.
В соответствии с данной идеей матрицу используют в качестве формующей головки, а фольгу из барьерного материала, например никеля, помещают поверх матрицы. Пуансон затем перемещается к фольге и на режущей грани формующей головки, штампует диск из фольги и прессует его в качестве диффузионного барьера на активный материал. Этот комбинированный способ прессования/штамповки, с помощью которого наносят диффузионный барьер на неспеченные заготовки, нужно обязательно осуществлять перед прессованием.
Применение диффузионного барьера с помощью способа нанесения покрытий, тем не менее, можно осуществлять после того, как неспеченные заготовки вталкивают в подложку или даже исключительно после процедуры спекания.
Пайку ветвей термоэлемента друг с другом с получением термопар и возможное соединение термопар можно осуществлять после спекания, а также в течение спекания, поскольку температуры спекания, как правило, выше температур плавления традиционно применяемых припоев.
Вместо традиционной технологии пайки также возможно применение способа пламенного напыления с созданием контактов между термопарами. Приемлемый способ пламенного напыления известен из WO 02068245 A1. Кроме того, можно применять термическое напыление в соответствии с DIN32530.
Описание фигур
Настоящее изобретение далее будет пояснено более подробно на основе иллюстративных вариантов осуществления. На фигурах в схематической форме показано следующее.
Фигура 1: сверление через подложку.
Фигура 2: получение порошкообразного активного материала в форме.
|
По сути, плоскую подложку 1 в форме плиты, изготовленной из электро- и термоизоляционного материала подложки, помещают между двумя зажимными средствами 2, 3 и зажимают по всей площади между ними. Зажимные средства 2, 3 изготавливают из стали и обеспечивают множеством отверстий 4, при этом отверстия в верхнем зажимном средстве 2 выравнивают с таковыми в нижнем зажимном средстве 3. Сверло 5 проходит через отверстия 4 в верхнем зажимном средстве 2 и высверливает сквозные отверстия 6 в подложке 1. В течение сверления прижимное усилие прилагается зажимными средствами 2, 3 по обеим сторонам подложки 1 с целью предотвращения разрушения отверстий 6.
Перфорированную подложку 1 затем зажимают между двумя матрицами 7, 8, см. фигуру 2. Две матрицы 7, 8 также обеспечивают отверстиями 4, которые выравнивают с отверстиями 6 в подложке 1. Матрицы 7, 8 необязательно могут быть идентичными с зажимными средствами 2, 3. Плоские матрицы 7, 8 изготавливают из стали, располагают по всей площади на подложке 1 и прилагают прижимное усилие на подложку 1. Отверстия 4 в нижней матрице 8 выполняют функцию формы для вмещения порошкообразного термоэлектрического активного материала 9. Исходя из этого, отверстия должны быть закрыты с их нижней стороны. Исходя из этого, в каждом случае нижний пуансон 10 перемещают в отверстия 4 нижней матрицы 8 таким образом, что там образуется полость, которая открыта исключительно в направлении подложки 1, при этом полость заполнена сверху порошкообразным активным материалом 9. Два типа активного материала вводят попеременно, соответственно, в последующие ветви с электронной проводимостью и ветви с дырочной проводимостью. На графических материалах в данном документе нет отличий между двумя типами активного материала.
Кроме того, фольгу 11 барьерного материала, такого как никель, можно размещать над верхней матрицей 7. Множество верхних пуансонов 12 объединяют с получением инструмента для прессования.
Как показано на фигуре 3, инструмент для прессования с верхними пуансонами 12 перемещают вниз таким образом, что верхние пуансоны 12 проходят сквозь верхнюю матрицу 7 и отверстия 6 в подложке 1. При вертикальном перемещении в верхнюю матрицу 7 верхние пуансоны 12 штампуют на режущей грани верхней матрицы 7, выполняющей функцию формующей головки, диск барьерного материала из фольги 11 и прессуют его к активному материалу 9. Подобным образом, возможным является прессование диска барьерного материала к порошкообразному материалу снизу с целью покрытия также нижней поверхности барьерным материалом. Однако это не показано на графических материалах.
При необходимости порошкообразный активный материал 9 можно подвергать вибрации внутри нижней матрицы 8. Это осуществляют посредством вибрации нижней матрицы 8 или нижнего пуансона 10 или посредством вибрирующей иглы (не показано), погруженной в заполняемый сверху порошок. Осуществляемая вибрация приводит к оседанию активного материала.
Порошкообразный активный материал 9 теперь прессуют в нижней матрице 8 с получением неспеченных заготовок 13. Поперечные усилия, возникающие на основании этого, поглощаются нижней матрицей 8. Прессование осуществляют путем приложения нагрузки парами пуансонов 10, 12 посредством соответствующих инструментов для прессования.
Инструменты для прессования 10, 12 затем перемещают вверх таким образом, что нижние пуансоны 10 вталкивают неспеченные заготовки 13 в отверстия 6 в подложке 1 (фигура 4). В данном контексте верхний пуансон 12 извлекают с той же скоростью, с которой двигается нижний пуансон 10, с целью перемещения неспеченных заготовок 13 в подложку 1 без разрушения. В данном способе матрицы 7, 8 оказывают давление на подложку 1.
Как только неспеченные заготовки 13 достигают своего заданного расположения, пуансоны 12 и 10 извлекают из матриц 7 и 8, матрицы 7, 8 расстыковывают и полуфабрикат 14, содержащий подложку 1 с введенными неспеченными заготовками 13 и, в соответствующих случаях, с нанесенными диффузионными барьерами 15, извлекают из формы.
Производственный процесс до данного момента осуществляли насколько это возможно в виде циклического непрерывного процесса. С целью спекания неспеченных заготовок 13 их собирают на поддоне 16 и помещают в автоклав 17; см. фигуру 5. Там полуфабрикаты 14 подвергают процессу термического запекания при повышенном давлении атмосферы и повышенной температуре. В данном процессе неспеченные заготовки 13 спекают с образованием конечных ветвей термоэлементов 18.
После окончания процесса спекания отдельные ветви термоэлементов 18, тем не менее, должны быть соединены с образованием термопар. Это осуществляют, например, с применением процесса пайки, который известен per se и который не будет далее обсуждаться в настоящем документе. Посредством соединения ветвей термоэлемента 18 с образованием термопар и, возможно, соединения термопар друг с другом получают функциональный термоэлектрический элемент.
Пример
Во-первых, необходимо получить приемлемые порошки полупроводников (с добавлением примеси с электронной проводимостью и добавлением примеси с дырочной проводимостью). В таблице 1 показана композиция слитков, применяемых в качестве исходного материала.
|
Композиции определяли посредством полуколичественного анализа с помощью XRF (максимальное относительное отклонение +/-5%).
В данном контексте процедура измельчения для всех вышеупомянутых полупроводниковых материалов заключается в следующем.
• Создание инертной атмосферы: все работы осуществляли под азотом (5.0) в перчаточной камере.
• Измельчитель: Fritsch Pulverisette 6, классическая линия.
• Контейнер для измельчения: оксид циркония, газонепроницаемая крышка.
• Среда для измельчения: 20 шариков (диаметром 2 см), изготовленных из оксида циркония.
• Скорость: 650 об/мин.
• Заполнение порошком: 225 см3 (грубо измельченный, d50 < 5 мм).
• Последовательность: 10 периодов измельчения по 10 мин каждый с 60 мин паузой между ними для охлаждения (с целью ограничения тепловой нагрузки на измельчаемый материал).
• Анализ: распределение частиц по размеру с применением HORIBA 920-L, порошок диспергировали с применением ультразвука в деминерализованной воде, максимальная скорость циркуляции с помощью насоса.
• Целевое значение: d50 < 8 мкм (в противном случае – дополнительные периоды измельчения).
Профили квадратного сечения 51 мм разрезали пилой из Pamitherm® с толщиной 2 мм.
Данную подложку размещали между двумя зажимными средствами (стальной блок 51 x 51 x 15 мм) и фиксировали между ними с усилием зажима 20 кПа. Зажимные средства имели множество отверстий диаметром 4,1 мм с минимальным интервалом 1,9 мм между какими-либо двумя отверстиями. Отверстия в обоих зажимных средствах в каждом случае идентично расположены и, таким образом, выровнены друг относительно друга.
В данном случае сверло пропускали через каждое из отверстий первых зажимных средств с созданием сквозного отверстия в подложке по одной линии с отверстиями в двух зажимных средствах. Диаметр сверла составлял 4 мм, скорость продвижения 200 мм/мин, скорость 1600 об/мин, тип сверла: цельное твердосплавное сверло марки «Miller Mega-Drill-Inox, форма хвостовика HA, покрытое MxF, тип M1703-0400AE».
Подложку, полученную таким образом, фиксировали между двумя зажимными средствами, подобными таковым, упомянутым вначале. Единственное различие по сравнению с первыми зажимными средствами заключалось в том, что в данном случае сквозные отверстия имели номинальный диаметр 4 мм, идентичный по отношению к отверстиям в подложке.
Данную трехслойную конструкцию фиксировали в гидравлическом прессе, воздействуя c обеих сторон. Данный пресс имел два гидравлических пуансона с номинальным диаметром 4 мм и длиной 30 мм, которые располагались на одной и той же вертикальной центральной оси. Оба пуансона можно было перемещать независимо друг от друга по данной центральной оси, при этом лицевые поверхности пуансонов располагали напротив друг друга. В данном контексте один пуансон воздействует снизу, при этом другой воздействует сверху. Два пуансона и отверстия в двух зажимных средствах получают в соответствии с DIN 7157, c допуском H7/g6 по отношению друг к другу (или, возможно, в качестве альтернативы: H8/h9).
Нижний пуансон перемещали вверх через отверстие в нижнем зажимном средстве до тех пор, пока его верхняя сторона не достигала расстояния 6 мм от подложки.
Это отверстие в верхнем зажимном средстве затем заполняли сверху порошком измельченного теллурида висмута в количестве 0,186 г (с добавлением примеси с электронной проводимостью). Вибрирующую иглу (диаметром 0,5 мм, длиной 100 мм) вставляли сверху в слой, заполненный порошком, и подвергали вибрации 1 секунду (частота 100 Гц, амплитуда свободного кончика иглы 0,5 мм). Посредством этого осаждали и гомогенизировали слой, заполненный порошком.
Верхний пуансон затем перемещали сверху в данное отверстие (скорость продвижения 1 мм/с) до достижения высоты 2 мм (допуск +/-0,1 мм) между двумя пуансонами неспеченной заготовки и достижения давления приблизительно 830 МПа. Пуансоны оставались в данном положении в течение 5 секунд.
Затем оба пуансона перемещали синхронно со скоростью продвижения 1 мм/с в противоположном направлении таким образом, что неспеченную заготовку вталкивали вверх в подложку, при этом усилие прессования, производимое на неспеченную заготовку, по сути, сохраняется, но ни в коем случае не повышается. Неспеченная заготовка теперь заполняла подложку и ее верхняя и нижняя стороны находились, по сути, на одном уровне с двумя поверхностями подложки.
Два пуансона теперь извлекали полностью из подложки и зажимных средств.
Аналогичную процедуру теперь применяли для получения всех других ветвей с электронной проводимостью в подложке (половина всех отверстий в подложке). Затем такую же процедуру повторяли для ветвей с дырочной проводимостью таким образом, что в конце все отверстия в подложке были заполнены неспеченными заготовками, изготовленными из теллурида висмута с добавлением примеси с электронной проводимостью или с добавлением примеси с дырочной проводимостью. Единственными различиями в случае ветвей с дырочной проводимостью были масса порошка, применяемого для каждой неспеченной заготовки (0,162 г), и максимальное усилие прессования (приблизительно 800 МПа).
Заполненную подложку теперь помещали в перчаточную камеру, продутую азотом 5.0, и с остаточным содержанием кислорода <100 ppm. В данной перчаточной камере присутствовал автоклав, который предварительно нагревали до температуры поверхности внутренней стенки 290°C. Заполненную подложку теперь помещали в данный автоклав. Внутреннее пространство автоклава также продували азотом 5.0 (по меньшей мере 20 полных замен газа за час). Давление в автоклаве теперь повышали до 90 бар = 9 МПа в течение 2 минут, после чего температуру газа внутри автоклава повышали до 285-290°C в течение последующих 3 минут. Данные значения давления и данную температуру поддерживали в течение 5 минут. Затем давление снижали до нормального давления в течение 1 минуты, теперь спеченный полуфабрикат удаляли и оставляли в перчаточной камере для охлаждения до комнатной температуры.
Затем можно осуществлять технологические стадии, необходимые для доработки TE-элемента в отношении спеченного полуфабриката.
• Очистка торцевых поверхностей TE-ветвей (полировка, плазменная обработка или подобные).
• Нанесение диффузионных барьеров (например, никеля посредством плазменного напыления при атмосферном давлении).
• Нанесение слоев, способствующих контакту (например, олова посредством плазменного напыления при атмосферном давлении).
• Пайка с помощью контактных перемычек.
• Нанесение наружных слоев.
Список номеров позиций:
1 подложка;
2 верхнее зажимное средство;
3 нижнее зажимное средство;
4 отверстия;
5 сверло;
6 отверстие;
7 верхняя матрица;
8 нижняя матрица;
9 порошкообразный активный материал;
10 нижний пуансон;
11 фольга;
12 верхний пуансон;
13 неспеченная заготовка;
14 полуфабрикат;
15 диффузионный барьер;
16 поддон;
17 автоклав;
18 ветвь термоэлемента.
| Посмотреть каталоги партнеров в формате PDF: — выбрать по фирме-производителю — ADAM EQUIPMENTALLA FRANCEANGELANTONIBRANSCANBurkle GmbHECOSAFEFILTRAFUNKE–GERBERGVS GroupHEINZ – HERENZHELLMAILMVACINTERSCIENCEKARL HECHT ASSISTENTKARTELLKOEHLER INSTRUMENTKONIK-TECHLab MMESA LABSMIELEMUNKTELL AHLSTROMNUOVA APTACAOrum InternationalPBI INTERNATIONALPRENTEXRötzmeier SicherheitsbehälterSAINT-GOBAIN Performance PlasticsSELECTASILVERSONSmeg instrumentsSTABLE MICRO SYSTEMSSYNBIOSISTEKNOKROMAWASSERLABWHATMANWhirl-PakЛаМО — выбрать по названию — TYGON и другие виды специальных шлангов и трубок от Saint-Gobain. Поставщик SIMAS.Автоклавы для пастеризации и стерилизации консервовАвтоклавы ручные и автоматические. Каталог SIMAS (SELECTA)Автоклавы. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Автоматические средоварки и станции для подготовки сред. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Автоматический разбавитель Baby Gravimat. Брошюра SIMAS (INTERSCIENCE)Автоматический разбавитель Gravimat. Брошюра SIMAS (INTERSCIENCE)Автоматы для мойки и дезинфекции. Каталог Miele. Поставщик СИМАС.Аксессуары для взвешивания и аналитического оборудования. Брошюра SIMASАксессуары для газовой хроматографии. Брошюра SIMAS (TEKNOKROMA)Аксессуары к ProtoCOL2. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик СИМАС.Анализ ароматических углеводородов в нефтепродуктах методом ВЭЖХ+ГХ-МС. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Анализ жирных кислот в пищевых продуктах на газовом хроматографе и масс-спектрометре KONIK. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Анализ качества яиц на Анализаторе текстуры. Брошюра Stable Micro Systems. Поставщик СИМАС.Анализ ПАУ в минеральных маслах методом ГХВР+ВЭЖХ. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Анализаторы текстуры для пищевой промышленности. Брошюра Stable Micro Systems. Поставщик SIMAS.Анализаторы текстуры для фармацевтических препаратов. Брошюра Stable Micro Systems. Поставщик СИМАС.Аналитическая лаборатория. Каталог SIMAS (SELECTA)Аналитические приборы для анализа воды и продуктов питания. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASАналитические приборы. Брошюра SIMAS (SELECTA)Аналитическое и общелабораторное оборудование. Каталог SELECTA 2011-2013.Аналитическое и общелабораторное оборудование. Каталог SELECTA 2015. Поставщик SIMAS.Аналитическое оборудование для пива. Каталог SIMAS (FUNKE — GERBER)Базовая модель индикатора крутящего момента ST-FT1Бактерицидные установки закрытого типа Germreduc. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Бани для пастеризации консервов и аксессуары для автоклавовБезопасные бачки и бидоныБезопасные контейнеры, бидоныБиологические и микробиологические инструменты и аксессуары. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASБокс Gemini с вертикальным ламинарным потоком воздуха. Брошюра Angelantoni. Поставщик СИМАСБоксы биологической безопасности, ламинарные боксы для оснащения отдельных рабочих мест, работа с порошками. Брошюра Angelantoni. Поставщик SIMASБольше чем фильтрация. Каталог WHATMAN Schleicher & Schuell. Поставщик SIMASБрошюра 1. Косметика и Туалетные принадлежности SilversonБрошюра 2. Косметика и Туалетные принадлежности SilversonБумага для контроля всхожести семян. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Бумага для отбора проб крови новорожденных для исследования. Брошюра Munktell. Поставщик SIMAS.Бумага для хроматографии и блоттинга от Munktell. Поставщик СИМАС.Бумага с покрытием для защиты поверхностей. Брошюра Munktell. Поставщик SIMAS.Бумажные и мембранные фильтры для пивоваренной промышленности и производства напитков. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Вакуумные и высокотемпературные шкафы. Брошюра SIMAS (SELECTA, ILMVAC)Вакуумные установки и аксессуары для твердофазной экстрации. Каталог TEKNOKROMA. Поставщик SIMASВесы и измеритель плотности. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASВесы лабораторные электронные PGW, весы аналитические электронные PW. Брошюра СИМАСВискозиметры ротационные FUNGILAB. Каталог SIMAS 2009.Вискозиметры. Чашка Форда. Брошюра SIMAS (SELECTA)Водяные,масляные и песчаные бани. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASВоздухозаборник Pinocchio Super для сжатого воздуха и газов. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Воздухозаборник SAS ISOLATOR для контроля чистоты воздуха в изоляторах и чистых помещениях. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Встроенные смесители с большим усилием сдвига. Каталог SIMAS (SILVERSON)Высококачественные изделия для лабораторий — резина, пластик, силиконВысокоточные охлаждаемые кабинеты Hotcold. Брошюра SIMAS (SELECTA)Высокоэффективная пробоподготовка для хроматографии и масс-спектрометриии. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Высокоэффективное смешивающее оборудование SILVERSON 2009.Высокоэффективные лабораторные смесители SILVERSON. Каталог 2009.Вытяжной шкаф Safehood. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASВЭЖХ, ГХВР, МС. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Газовый хроматограф KONIK GC 4000 B. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Гелиос С — ламинарный бокс с горизонтальным воздушным потоком. Брошюра Angelantoni. Поставщик SIMASГенеральный каталог KARTELL (пластиковая посуда). Поставщик SIMASГОМОГЕНИЗАТОР «ПРОБЛЕНД»Госпитальные принадлежности. Каталог SIMAS (PBI INTERNATIONAL, KARTELL)Гравиметрический разбавитель ПРОДЕЛЮТЕДезодорант для автоклавов — капсулы ANABAC. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE).Дезодорант для автоклавов ANABAC. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Жидкостная хроматография. Колонки и аксессуары. Каталог TEKNOKROMA. Поставщик SIMASЖидкостной и газовый хроматографы KONIK K2. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Жидкостной хроматограф KONIK LC550 B. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Защитный микробилогический шкаф [email protected] Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASЗащитный микробиологический шкаф [email protected] 1.2. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASЗащитный микробиологический шкаф TopSafe. Брошюра BIOAIR. Поставщик SIMASИндикаторная и тестовая бумага. Каталог MACHEREY NAGEL. Поставщик SIMASИндикаторы расхода, переходники и краны. Брошюра SIMAS (KARTELL)Индикаторы, биологические и химические. Брошюра SIMAS (MESA LABS)Инструмент автоматизированный ХромаЗонаИнструменты медицинские. Брошюра SIMAS (NUOVA APTACA)Исследование антикоррозионных свойств масел ГОСТ 19199. Брошюра SIMAS (SELECTA, WHATMAN)Исследование нефтепродуктов. Брошюра SIMAS (KOEHLER INSTRUMENT)Исследование нефтепродуктов. Каталог SIMAS (KOEHLER) Новинки 2008Исследование нефтепродуктов. Каталог SIMAS (KOEHLER,THE TINTOMETER, SELECTA)Канистры и контейнеры для огнеопасных жидкостей. Брошюра SIMAS (SELECTA)Капиллярные колонки для жидкостной хроматографии. Каталог SIMAS (Teknokroma)Каталог Orum International Новое поколение для микробиологического контроля воздуха Биологические пробоотборник воздухаКаталог — ALLA FRANCEКаталог — KARTELL — Лабораторные принадлежностиКаталог — Лабораторные приборы для лечебных учрежденийКаталог Heinz Herenz 2009. Медицинские и лабораторные принадлежности.Каталог NASCO — пакеты Whirl-PakКаталог WHATMAN — лидер в технологии разделения. Поставщик SIMASКаталог Whatman 2009-2010 – Прикасаясь к жизни. Поставщик SIMAS.Каталог питательных сред LAB M. Поставщик SIMAS.Каталог УатманКнига № 1 — 1000 Мелочей для лабораторииКнига № 1 -Биологические пробоотборники воздухаКнига № 10 — Экстракция по СокслетуКнига № 11 — Высокоэффективные Смесители — Лабораторные, пилотные и промышленныеКнига № 12 — Мытье и дезинфекция лабораторной посудыКнига № 2 — Инновации для микробиологической лабораторииКнига № 2 — Насосы и пробоотборникиКнига № 3 — Определение температур вспышки и самовоспламенения. Нефтехимическая серияКнига № 3 — Современная химическая лабораторияКнига № 4 — Исследование молока и пиваКнига № 5 — Вакуумная фильтрация и фильтрация под давлениемКнига № 6 — Исследование свойств нефтяных масел — Нефтехимическая серияКнига № 6 — Микробиологическая диагностика воды, напитков и растворовКнига № 7 — Исследование пластичных свойств смазок. Нефтехимическая серияКнига № 7 — Современная микробиологическая лабораторияКнига № 8 — Исследование реологических свойств — Анализаторы текстурКнига № 8 — Исследование реологических свойств. Анализаторы текстуры. Серия «Лабораторная библиотека».Книга № 9- Анализ текстуры промышленной продукцииКнига №11 — Высокоэффективные смесители. Лабораторные, пилотные и промышленные. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №12 — Мытьё и дезинфекция лабораторной посуды. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №2 — Насосы и пробоотборники. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №3 — Современная химическая лаборатория. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №4 — Исследование молока и пива. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №5 — Вакуумная фильтрация и фильтрация под давлением. Серия «Лабораторная библиотека».Книга №6 — Исследование свойств нефтяных масел. «Лабораторная библиотека. Нефтехимическая серия.»Книга №6 — Микробиологическая диагностика воды, напитков и растворов. Серия «Лабораторная библиотека».Коллекция фильтрующих насадок. Каталог WHATMAN (BATMAH). Поставщик SIMASКолонки для газовой хроматографии. Каталог Teknokroma. Поставщик SIMASКолориметры,фотометры и спектрофотометры. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASКомпактный вытяжной шкаф Chemo-Bench3 для химических лабораторий. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Кондуктометры и рН-метры. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASКонтейнеры и емкости для сбора отходов. Брошюра SIMAS (NUOVA APTACA)Кюветы для спектрофотометрии. Каталог HELLMA 2009.BestCellers.Кюветы. Каталог SIMAS (HELLMA GmbH&Co.KG.)Лабораторная мебель и оборудование. Поставщик SIMAS.Лабораторная продукция для разработки и контроля современных высокоточных технологий и научных исследований от WHATMAN. Каталог СИМАС 2009.Лабораторное оборудование #1. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторное оборудование #2. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторное оборудование #3. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторное оборудование для анализа молока. Каталог FUNKE-GERBER.Лабораторные инструменты и аксессуары. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASЛабораторные лопастные мешалки. Брошюра SIMAS (BUNSEN)Лабораторные приборы для лечебных учреждений №1. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторные приборы для лечебных учреждений №2. Брошюра SIMAS (SELECTA)Лабораторный лопаточный смеситель Bag Mixer 400. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Лабораторный очиститель воды MicromaticЛаминарный бокс II класса защиты SPACE2 ergosafe. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Ламинарный бокс MINIFLO. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Ламинарный шкаф II класса защиты SPACE Luce. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Лопаточный гомогенизатор MiniMix 100 CC. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE).Магнитные мешалки и качалки. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASМасла смазочные и присадки. Метод определения степени чистоты ГОСТ 12275. Брошюра SIMAS (WHATMAN, SELECTA, ILMVAC)Масс — спектрометр KONIK MS Q12. Каталог SIMAS (KONIK-TECH)Медицинские сверхнизкотемпературные морозильные камеры. Брошюра Angelantoni. Поставщик СИМАСМембранная фильтрация для микробиологических лабораторий от Munktell. Поставщик SIMAS.Микробиологические мониторы — готовые системы для подготовки проб жидких образцов. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Микробиологические товары компании PBI. Поставщик SIMASМикробиологический контроль воды и напитков. Каталог SIMAS (WHATMAN)Микробиология — 2004 — PBI InternationalМикробиология. Каталог Interscience 2011. Поставщик SIMASМикробиология. Каталог Interscience. Поставщик СИМАС.Микробиология. Каталог WHATMAN Schleicher & Schuell. Поставщик SIMASМикробиология: разбавление, гомогенизация, спиральный посев, автоматический подсчет колоний, автоклавирование. Каталог SIMAS (INTERSIENCE)Многофункциональные лабораторные миксеры. Каталог SILVERSON MACHINES.Муфельные печи. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASНагревательные плитки и нагреватели для круглодонных колб. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASНасосы вакуумные, перестальтические, центробежные. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASНасосы, наполнители, пробоотборники. Каталог Burkle 2010-2011 рус.яз.Настольный тестер крутящего момента STНитроцеллюлозные мембраны Protran для новейших методов исследования белков. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Новый каталог компании Burkle 2010 на русском языке. Насосы, пробоотборники, контейнеры, лабораторный пластик, фиттинги (трубки, соединения, зажимы).Носители на основе целлюлозы для хроматографических колонок и ТСХ. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Оборудование для анализа молока. Каталог FUNKE GERBER. Поставщик SIMASОборудование и расходные материалы для ПЦР и ИФА лабораторий. Брошюра SIMAS.Одноразовая стерильная головка Dispo-Head для воздухозаборников SAS. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Одноразовые серологические пипетки. Каталог Kartell. Поставщик SIMASОзоление — муфельные печи, тигли, щипцы. Брошюра SIMAS (SELECTA)Определение воды в нефтепродуктах ГОСТ 2477. Брошюра SIMAS (SELECTA, WHATMAN)Определение вязкости нефтепродуктов. Брошюра SIMAS (KOEHLER INSTRUMENT)Определение вязкости. Брошюра SIMAS (FUNGILAB, SELECTA)Определение мыл нафтеновых кислот в топливах ГОСТ 21103. Брошюра SIMAS (WHATMAN, SELECTA, KARTELL)Определение осадка в сырой нефти методом мембранной фильтрации ASTM D4807-05. Брошюра SIMAS (WHATMAN, SELECTA, ILMVAC)Определение содержания механических примесей в нефтепродуктах. ГОСТ 10577. Брошюра SIMAS (WHATMAN, ILMVAC)Оптика: микроскопы, рефрактометры, микротом. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASОтбор проб: твердых, сыпучих, мазеобразных, жидких. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Оценка силы закручивания Torqo-II+Пакеты SSB — Сверхбезопасная система транспортировки образцов. Брошюра SIMAS (NASCO)Пакеты Sto-Circul-Bag для гомогенизации. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Пакеты ВИХРЬ — отбор, упаковка, транспортировка, гомогенизация и хранение образцов. Каталог SIMAS (NASCO, INTERSCIENCE, PBI INTERNATIONAL)Пакеты ВИХРЬ для промышленных предприятий. Брошюра SIMAS (NASCO)Переносная установка для дезинфекции помещений Formalintec. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Переносной автоматический автоклав Auto-Koch. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Печи,стерилизаторы, инкубаторы и сушильные шкафы. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASПитательные среды LAB M. Полный перечень 2012. Поставщик СИМАС.Питательные среды для микробиологических исследований в клинической микробиологии и контроля пищевых продуктов от Lab M. Брошюра СИМАС.Пластиковая посуда для лабораторий. Kartell 2012. Поставщик SIMAS.Пластины для ТСХ на гибкой основе. Каталог SIMAS (WHATMAN)Пластины для ТСХ серии Diamond. Каталог SIMAS (WHATMAN)Погружные термостаты. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASПодготовка проб грунтовых вод с помощью Polydisc GW. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Подготовка проб для ВЭЖХ — фильтровальные элементы с поршнем Mini-Uni Prep. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Подготовка проб для хроматографических и спектрометрических исследований. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Подсчет колоний на приборах Petri-Light и Colony Count. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Полимерные емкости. Каталог SIMAS (KARTELL)Полимерные изделия для лабораторий №1. Брошюра SIMAS (KARTELL)Полимерные изделия для лабораторий №2. Брошюра SIMAS (KARTELL)Полимерные изделия для сверхчистых и агрессивных сред от Saint-Gobain. Поставщик SIMAS.Полимерные пакеты для автоклавирования DISPOBAG. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Полная линия продукции KONIK-TECH 2007 г. Каталог SIMAS.Прибор SMS в журнале Пищевая промышленность № 3 2019Прибор SMS в журнале Пищевая промышленность № 4 2019Приборы вспомогательные для тестирования нефтепродуктовПриборы для анализа нефтепродуктов. Каталог KOECHLER. Поставщик SIMASПриборы для контроля и управления. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASПробки. Брошюра SIMAS (KARTELL)Пробоотборник воздуха АИРБИО ДУОПробоотборник воздуха СИСТЕМА КАЛИТЕСТПробоотборник воздуха ТРИО.БАС ТРИОПробоотборник для анализа аэрозолей на легионеллу SAS-PCR LEGIONELLA. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Пробоотборники для пищевых продуктов. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Программа продаж SIMASПромывалки. Брошюра SIMAS (KARTELL)Простой подсчет колоний и измерение зон подавления. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик SIMAS.Разведение и гомогенизация образцов для микробиологических исследований. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Рассев образцов. Каталог Filtra. Поставщик СИМАСРассев образцов: приборы и сита. Брошюра SIMAS (FILTRA)Рассев. Каталог Filtra 2011. Поставщик СИМАС.Расходные материалы для анализа крови, вспомогательное лабораторное оборудование. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASРасходные материалы для микробиологии. Брошюра SIMAS (NUOVA APTACA, HEINZ — HERENZ, KARL HECHT)Расходные материалы для оптических методов аналитичес. исследований. Каталог 2011 г. Поставщик СИМАС.Расходные материалы и аксессуары. Каталог HEINZ-HERENZ. Поставщик SIMASРасходные материалы, аксессуары, оборудование для микробиолога. Каталог SIMAS (HEINZ – HERENZ, KARTELL, NASCO, PBI INTERNATIONAL, SELECTA, SAINT-GOBAIN Performance Plasticks)Ручной тестер ST-H0XРучные роторные насосы для любых жидкостей. Брошюра SIMAS (SELECTA)Семейство воздухозаборников. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Сеть SAS Super Network для чистых помещений. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Система ProtoCOL 2 для: подсчета колоний, для измерения зон. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик SIMASСистема ГАЗ — ТЕСТСистемы очистки воды WasserlabСита и рассеиватели. Каталог FILTRA. Поставщик SIMASСовременная продукция для лабораторий, промышленности и науки. Каталог SIMAS (BURKLE 2003)Современная продукция для лабораторий, промышленности и науки. Каталог SIMAS (BURKLE 2007)Стеклянная лабораторная посуда, микроскопия, принадлежности. Каталог Assistent-Precision.Стеклянные изделия и аксессуары. Каталог ASSISTENT (KARL HECHT KG). Поставщик SIMASСтерильные целлюлозные пробки для микробиологии. Брошюра SIMAS (HEINZ – HERENZ)Сухие термостаты. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASСчетчик колоний Acolyte. Брошюра SYNBIOSIS. Поставщик СИМАС.Счетчик колоний SCAN 100. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE).Счетчик колоний автоматический ПРОТОКОЛ 3Таблица соответствия колонок TEKNOKROMA колонкам других производителей. Поставщик SIMASТБ — VOLSCAN — Измерение объем и плотности для промышленных изделийТермометры, ареометры для всех видов промышленности. Каталог 2011. Поставщик SIMASТермометры, ареометры, рефрактометры для пищевой промышленности. Каталог 2008 рус.яз. Поставщик СИМАСТест для определения чистоты поверхности IGIENTEST. Листовка СИМАС.Технологии фильтрации и сепарации. Каталог Munktell 2012.УАТМАН — Filter GDXУльтразвуковые очистительные ванны. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASУстановка MBS -I вакуумной мембранной фильтрации для пищевой промышленности. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Установка MBS-II вакуумной мембранной фильтрации для фармацевтической промышленности. Брошюра SIMAS (WHATMAN, ILMVAC)Установка для автоматического наполнения чашек Петри Elios Premium. Брошюра SIMAS (PBI INTERNATIONAL)Установка для термического запаивания пакетов Bag Seal. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE)Установки для получения чистой водыФильтровальная бумага Munktell & Filtrak. Поставщик СИМАС.Фильтровальная бумага для количественного анализа. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Фильтровальная бумага для химических лабораторий пищевых предприятий и сельского хозяйства от Munktell. Поставщик SIMAS.Фильтровальная бумага марки FILTRAK. Брошюра Munktell. Поставщик СИМАС.Фильтровальная система MBS I для микробиологического контроля. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Фильтровальная система MBS II для микробиологического контроля. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Фильтровальные насадки на шприц GD/X для вязких жидкостей. Брошюра SIMAS (WHATMAN)Фильтры бумажные и стекловолоконные, втулки экстракционные. Брошюры SIMAS (WHATMAN)-(BATMAH)Холодильные и морозильные установки. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASХроматография для молочной промышленности. Поставщик СИМАСХроматография. Каталог Teknokroma 2009-2010. Поставщик SIMAS.Целлюлозные экстракционные гильзы для экстракции по Сокслету. Брошюра Munktell. Поставщик SIMAS.Центрифуги. Каталог SELECTA. Поставщик SIMASШкафы безопасности — 1Шкафы безопасности — 2Шкафы безопасности — 3Шкафы безопасности — 4Шланги без фталатов. Каталог Saint-Gobain.Поставщик СИМАС.Шланги и трубки Tygon. Применение. Поставщик SIMAS.Шланги и трубки TYGON. Технические параметры. Поставщик SIMAS.Шланги. Брошюра SIMAS (KARTELL)Штатив для хранения пакетов для гомогенизации BagRack 400. Брошюра SIMAS (INTERSСIENCE) |
Экономичный, высокопроизводительный гибкий пельтье Бесплатный образец сейчас
Изучите массив. гибкий пельтье каталог на Alibaba.com и продукты, которые стоят каждого пенни .. гибкие пельтье на Alibaba.com доступны в различных размерах, температуре и выходном токе .. гибких пельтье полезны для обеспечения однонаправленного тока потока, достигая переменного сопротивления в данной цепи, и для специализированных приложений, таких как фоточувствительность.
гибкие Пельтье доступны в виде термисторов, резисторов, термоэлектрических охладителей и т. Д. На Alibaba.com. У них есть несколько значений удельного сопротивления и проводимости в соответствии с вашими конкретными потребностями. гибкие элементы Пельтье имеют легирование как n-типа, так и p-типа. Производство товаров осуществляется из кремния, германия или стекла. гибкие пельтье легкие, а их электрические свойства можно легко изменить. Они также уменьшают потери мощности, в отличие от традиционных проводников. Эти изделия обеспечивают умеренный контролируемый поток тока, что делает их идеальным выбором для компактных цепей, требующих незначительного тока.
гибкий элемент Пельтье в наличии интегральных схем, пружинных зондов, сверхтонких и толстых пластин. Они используются в качестве тестовых пластин или виртуальных пластин, чтобы минимизировать время и расходы на тестирование электрических характеристик. flexible peltier являются центральным элементом быстро развивающейся индустрии электроники и потребительских товаров. Они применимы в автомобилях, медицинских инструментах, бытовой технике, исследованиях и разработках, обороне и т. Д. flexible peltier обеспечивают надежную работу и быстрые операции во множестве отраслей.Продукты прошли строгие испытания, такие как электрическое сопротивление, электронная микроскопия, рентгеновская рентгеноскопия и т. Д., Что подтвердило высочайшее качество.
Определите ваши показатели прибыли с помощью. гибкий пельтье ассортимент на Alibaba.com. Авторитетный. гибких пельтье поставщиков по всему миру покупают на этом сайте благодаря своему превосходному качеству и выгодным предложениям. Купите сейчас и не упустите эксклюзивные продукты и услуги премиум-класса, которые выделят вас среди конкурентов.
Экономичный, высокопроизводительный гибкий элемент Пельтье Бесплатный образец сейчас
Изучите массив. гибкий элемент Пельтье каталог на Alibaba.com и товары, которые стоят каждого пенни .. гибкий элемент Пельтье на Alibaba.com доступны в различных размерах, температуре и выходном токе .. гибкий элемент Пельтье можно использовать в позволяя однонаправленный ток, достигая переменного сопротивления в данной цепи, а также для специализированных приложений, таких как фоточувствительность.
гибкий элемент Пельтье доступен в виде термисторов, резисторов, термоэлектрических охладителей и т. Д.на Alibaba.com. У них есть несколько значений удельного сопротивления и проводимости в соответствии с вашими конкретными потребностями. гибкий элемент Пельтье легирован как n-тип, так и p-тип. Производство товаров осуществляется из кремния, германия или стекла. Гибкий элемент Пельтье имеет малый вес, а их электрические свойства можно легко изменить. Они также уменьшают потери мощности, в отличие от традиционных проводников. Эти изделия обеспечивают умеренный контролируемый поток тока, что делает их идеальным выбором для компактных цепей, требующих незначительного тока.
гибкий элемент Пельтье в виде интегральных схем, пружинных зондов, сверхтонких и толстых пластин в наличии. Они используются в качестве тестовых пластин или виртуальных пластин, чтобы минимизировать время и расходы на тестирование электрических характеристик. Гибкий элемент Пельтье - центральный элемент быстро развивающейся индустрии электроники и потребительских товаров. Они применимы в автомобилях, медицинских инструментах, бытовой технике, исследованиях и разработках, обороне и т. Д. гибкий элемент Пельтье обеспечивает надежную работу и быстрые операции во многих отраслях промышленности.Продукты прошли строгие испытания, такие как электрическое сопротивление, электронная микроскопия, рентгеновская рентгеноскопия и т. Д., Что подтвердило высочайшее качество.
Определите ваши показатели прибыли с помощью. гибкий элемент Пельтье ассортимент на Alibaba.com. Авторитетный. гибкий элемент Пельтье поставщиков по всему миру покупают на этом сайте благодаря своему превосходному качеству и выгодным предложениям. Купите сейчас и не упустите эксклюзивные продукты и услуги премиум-класса, которые выделят вас среди конкурентов.
Носимые термоэлектрические охладители сверхвысоких характеристик с меньшим количеством материалов
Персонализированное охлаждение с использованием переносных ТЕ-модулей
Носимое ТЕС дает пользователям возможность регулировать охлаждение за счет снижения температуры кожи ниже температуры окружающей среды, ощущение, подобное удерживанию кубика льда . Как показано на рис. 1а, носимый ТЭО обычно сопровождается теплоотводом и размещается на коже в различных частях тела человека, предпочтительно на участке, подверженном воздействию окружающей атмосферы.Человеческая рука обычно является предпочтительным местом, так как движение руки увеличивает теплопередачу между радиатором и окружающей средой, что в конечном итоге приводит к лучшей производительности и, таким образом, к более эффективному охлаждению ТЕС. Для ТЕС требуется значительно меньше электроэнергии, чем для охлаждения помещений, и предполагается, что эта технология обеспечит огромную экономию затрат на электроэнергию в год. 15 . Модуль ТЕС состоит из нескольких термопар, состоящих из ТЭ материалов p- и n-типа, соединенных последовательно электрически и параллельно термически (рис.1б). При подаче электрического тока носители заряда (электроны и дырки) переносят тепло от одной стороны модуля к другой, а переходы термопары нагреваются или охлаждаются в зависимости от относительного направления между током и p − n-переходами, тем самым позволяя нагревать обмен с модулем TEC и окружением 38 (рис. 1c). Термодинамически человеческое тело представляет собой низкотемпературный резервуар тепла ( T тело ≈ 37 ° C), который излучает тепловую энергию со скоростью ~ 25 мВт / см 2 в окружающую атмосферу 39,40 .Однако, как показано на рис. 1d, температура кожи человека варьируется в разных частях тела. Температура кожи обычно повышается с повышением температуры окружающей среды и снижается от головы до ног. Например, при нормальной температуре окружающей среды 23 ° C температура кожи человека составляет ~ 34 ° C у головы и ~ 25 ° C у ног. Она увеличивается до ~ 36 ° C в голове и ~ 35 ° C у ног, когда температура окружающей среды увеличивается до 34 ° C 41 . Изменяющиеся условия эксплуатации и среда с чрезвычайно высоким термическим сопротивлением создают трудности в достижении высокоэффективных модулей TEC для применения на корпусе.В следующих разделах подробно изучаются различные аспекты охлаждения ТЭ, включая комбинированное влияние параметров материала и конфигурации устройства на характеристики ТЭО.
Рис. 1Индивидуальное охлаждение с помощью переносных ТЕ-модулей. a Модуль переносного термоэлектрического охладителя (TEC) обеспечивает локальное охлаждение тела, что делает ненужным охлаждение пространства. Стрелки показывают тепловой поток от человеческого тела к окружающей среде через ТЭО и радиатор. b ТЭО состоят из нескольких термопар, состоящих из термоэлектрических ветвей p- и n-типа, соединенных электрически последовательно и термически параллельно. c При подаче электрического тока носители заряда, дырки в p-типе и электроны в ветвях n-типа переносят тепло с одной стороны модуля на другую, тем самым обеспечивая теплообмен с модулем TEC и окружающей средой. Стрелки показывают движение носителей заряда, а кружки с положительным и отрицательным знаком обозначают дырки и электроны соответственно. d Температура кожи человека варьируется в разных частях тела и увеличивается с повышением температуры окружающей среды.Информация взята из исх. 41 . В результате естественной эволюции кожа человека, как и окружающий воздух, плохо проводит тепло. Таким образом, носимые ТЕС работают в среде с чрезвычайно высоким термическим сопротивлением
Влияние термостойкой среды на материалы ТЕ
Существует три основных свойства материала ТЕ: коэффициент Зеебека ( α ), электрическая проводимость ( σ ), и теплопроводность ( κ ), которые составляют безразмерную метрику, называемую добротностью TE, zT , которая определяется как 42,43 :
$$ zT = \ frac {{\ alpha ^ 2 \ sigma}} {\ kappa} Т.$
(1)
Считается, что увеличение zT улучшает производительность устройств TE; поэтому за последние несколько десятилетий были предприняты огромные усилия по исследованию zT материалов TE 44,45,46,47 . Поскольку zT зависит от трех различных свойств материала, его теоретически можно улучшить несколькими способами, такими как увеличение коэффициента Зеебека, повышение электропроводности, снижение теплопроводности или сочетание этих трех подходов.На практике, однако, три транспортных параметра ( α , σ и κ ) сильно взаимосвязаны: 48 , что ограничивает значение zT близким к единице в массивном материале 49 . Используя последние достижения в области нанотехнологий, транспортные параметры могут быть несколько разделены, обеспечивая комнатную температуру от zT до 2,4 в TE материалах сверхрешетки с квантовыми точками 50,51 . Несмотря на эти открытия, производительность устройств TE во время реальных развертываний остается низкой, что указывает на сильное влияние операционной среды на производительность устройства. 29,52 .Традиционно производительность ТЭО измеряется с точки зрения охлаждающей способности, которая определяется как максимальная скорость теплопередачи от холодной стороны к горячей при определенной разнице температур. Теоретически ожидается, что увеличение коэффициента Зеебека и электропроводности, а также снижение теплопроводности ТЭ материалов должно улучшить охлаждающую способность ТЭО. Чтобы изучить влияние терморезистивной среды на поведение материала ТЭ, мы рассмотрели четыре систематических модели модулей ТЭО, которые перечислены в дополнительной таблице 1.Все четыре модуля ТЕС идентичны по размерам; однако TEC 1 состоит из материалов TE с zT = 0,62, а три других TEC имеют материалы TE с zT = 1,25 при 25 ° C. Более высокое значение zT для TE материалов в TEC 2, TEC 3 и TEC 4 достигается за счет увеличения коэффициента Зеебека, увеличения электропроводности и уменьшения теплопроводности соответственно. На Рисунке 2 сравнивается охлаждающая способность этих ТЕС, работающих в различных термостойких средах.Во всех рассмотренных случаях поддерживается температура источника тепла 22 ° C, а радиатора — 27 ° C. На рисунке 2а показан идеальный случай, когда тепловое сопротивление источника тепла ( R источник ) и сопротивление радиатора ( R сток ) равны нулю, что приводит к T c = T источник и T h = T мойка . На рис. 2b – d показаны более реалистичные условия, когда \ (R _ {{\ mathrm {source}}} = R _ {{\ mathrm {ink}}} = \ frac {1} {{hA}} \ ne 0 \), где A — это базовая площадь модуля ТЕС, контактирующая с источником и стоком тепла, а h — коэффициент теплопередачи.В зависимости от типа среды, используемой в теплообменниках, значение h может отличаться, как показано в дополнительной таблице 2.
Рис. 2Влияние терморезистивной среды на поведение материала TE. Влияние свойств материала на охлаждающую способность изменяется с изменением условий окружающей среды, даже если значение zT остается таким же. a , b Когда сопротивление источника / стока низкое ( h > 1000 Вт · м −2 K — 1 ), лучшим вариантом является материал TE с более высоким коэффициентом Зеебека. c , d Когда сопротивления источника и стока значительно высоки ( h = 100-500 Вт · м −2 K −1 ), лучше выбрать материал TE с более низкой теплопроводностью
Он может Следует отметить из рис. 2а, что при отсутствии источника тепла или сопротивления стока ( h = ∞) увеличение zT за счет увеличения коэффициента Зеебека дает максимальную охлаждающую способность с последующим увеличением электропроводности. Интересно, что снижение теплопроводности не оказывает большого влияния на охлаждающую способность.Это также верно, когда h = 1000 Вт · м −2 K −1 (рис. 2b). Однако важно отметить, что влияние теплопроводности материала TE становится все более важным по мере увеличения сопротивления источника тепла и стока. Когда h = 500 Вт · м −2 K −1 , максимальная холодопроизводительность за счет высокого коэффициента Зеебека и низкой теплопроводности почти одинакова (рис. 2c). Поскольку сопротивления источника и стока становятся чрезвычайно большими ( h = 100 Вт · м −2 K −1 ), увеличение zT за счет снижения теплопроводности создает максимальную охлаждающую способность (рис.2г). Это обсуждение четко показывает, что внешнее тепловое сопротивление очень сильно влияет на поведение материала и его влияние на характеристики ТЕС. Самое главное, zT материала TE — не единственный решающий параметр, определяющий характеристики TEC во всех операционных средах. В средах с низким термическим сопротивлением желательно высокое значение zT наряду с высоким коэффициентом Зеебека; тогда как в условиях высокой терморезистивности, таких как установка на человеческое тело, теплопроводность ТЭ материалов имеет первостепенное значение.
Влияние свойств материала на температуру холодной стороны ТЭО было также изучено в различных термостойких условиях окружающей среды (см. Дополнительный рис. 1). Как и ожидалось, когда сопротивление источника / поглотителя тепла было низким ( h > 1000 Вт · м -2 K -1 ), материал TE с более высоким коэффициентом Зеебека приводил к большему охлаждению и, следовательно, к более низкой температуре холодной стороны (дополнительный рис. . 1а, б). Однако, когда сопротивление источника тепла и стока было высоким ( h <500 Вт · м -2 K — 1 ), низкая теплопроводность вызвала наименьшую температуру холодной стороны (дополнительный рис.1в, г). Мы также изучили влияние терморезистивной среды на коэффициент полезного действия (COP), что показано на дополнительном рис. 2. COP определяется как холодопроизводительность на единицу входящей электроэнергии. Можно отметить, что для COP, электропроводность, по-видимому, является наиболее важным свойством материала, когда сопротивление источника тепла и стока незначительно (дополнительный рис. 2}} {A} {,} $$
(3)
, где l — высота ножки, w — ширина, N — общее количество ножек и A — площадь основания модуля.На рисунке 3 показано влияние изменения AR и FF на характеристики TEC в двух резистивных условиях окружающей среды ( h = 1000 Вт · м — 2 K −1 и h = 100 Вт · m −2 K -1 ). Первый сценарий с h = 1000 Вт · м −2 K −1 представляет среду с низким термическим сопротивлением, а второй сценарий с h = 100 Вт · м −2 K −1 означает среда с высоким термическим сопротивлением.Температура источника тепла фиксируется на уровне 22 ° C, а температура радиатора поддерживается на уровне 27 ° C. В ТЭО, рассмотренных в этом разделе, используются коммерческие материалы теллурида висмута p- и n-типа, температурно-зависимые свойства которых представлены на дополнительном рис. 3 и дополнительном рис. 4. Из рис. 3a, b видно, что влияние AR и FF по холодопроизводительности в двух сценариях не совпадают. При низком сопротивлении источника тепла и стока ( h = 1000 Вт · м −2 K −1 ) оптимальное значение FF составляет более 20%; тогда как при высоком сопротивлении источника тепла и стока ( h = 100 Вт · м −2 K −1 ) оптимальное значение FF составляет менее 20%.Однако в обоих случаях существует оптимальная FF, при которой холодопроизводительность максимальна. Оптимальный FF зависит от AR и увеличивается при увеличении AR. Также можно отметить, что охлаждающая способность при оптимальной FF увеличивается с увеличением AR. Однако при AR> 2 выигрыш в охлаждающей способности невелик. На рис. 3c, d показана температура холодной стороны ТЕС. Тенденции согласуются с холодопроизводительностью. Когда сопротивление источника тепла и стока низкое ( h = 1000 Вт · м −2 K −1 ), температура холодной стороны минимальна, когда оптимальная FF составляет более 20%; тогда как при высоком сопротивлении источника тепла и стока ( h = 100 Вт · м −2 K −1 ) наименьшая температура холодной стороны возникает, когда оптимальная FF составляет менее 20%.
Рис. 3Влияние резистивной среды на оптимальную конструкцию ТЕС. Оптимальный коэффициент заполнения (FF) и соотношение сторон (AR) сильно зависят от сопротивления источника тепла и стока. a Когда сопротивление источника тепла и стока низкое ( h = 1000 Вт · м −2 K −1 ), оптимальный FF составляет более 20%. b Когда сопротивление источника тепла и стока высокое ( h = 100 Вт −2 K −1 ), оптимальный FF составляет менее 20%. c , d Изменение температуры холодной стороны при изменении FF и AR следует той же тенденции, что и холодопроизводительность
На рисунке 3 также показан FF для коммерческих ТЕС. Коммерческие ТЭО обычно производятся с FF более 25% и AR, близким к единице. Из рис. 3a, c можно отметить, что коммерческая конструкция ТЭО выглядит практичной, когда тепловые сопротивления источника и стока незначительны. К сожалению, когда тепловое сопротивление источника и стока велико, конструкция имеющихся в продаже ТЕС не является оптимальной.ТЭО, построенные для среды с высоким термическим сопротивлением, должны иметь небольшой FF и относительно больший AR, как показано на рис. 3b, d. Однако тонкие ножки могут повлиять на структурную целостность модулей ТЕС; следовательно, требуется компромисс между производительностью и прочностью. Эти наблюдения могут быть использованы для разработки оптимального модуля ТЕС для применения на теле, который обсуждается в следующем разделе.
Следует отметить, что традиционно холодопроизводительность (Вт · м -2 ) и COP используются в литературе для характеристики ТЕС (более подробное обсуждение см. В Дополнительном примечании 2).Однако для охлаждения тела температура на холодной стороне и перепад температуры (Δ T ) можно считать более подходящим критерием для оценки эффективности ТЕС, поскольку изменение температуры может легко восприниматься человеческим телом. Предыдущие исследования показали, что человеческая кожа на определенной части руки человека может воспринимать разницу температур до 0,20 ° C для нагревания (со скоростью 2,1 ° C с -1 ) и 0,11 ° C для охлаждения (при температуре скорость 1,9 ° C с −1 ) 53,54 .Таким образом, в оставшейся части статьи указаны температура холодной стороны и перепад температуры (Δ T ) для сравнения различных ТЕС, рассмотренных в этом исследовании. Кроме того, чтобы оценить электрическую мощность, необходимую для достижения максимального перепада температуры, также рассчитывается модифицированный COP, определяемый как падение температуры на единицу входной электрической мощности. Наконец, учитывая комфорт человека и экономическую целесообразность, не менее важны вес, объем и стоимость охлаждающих устройств.Поэтому мы также сообщили об охлаждении по объему материала для различных типов ТЭО, изученных в этой статье.
Конструкция модуля ТЕС для применения на теле
Кожа человека в результате естественной эволюции является плохим проводником тепла. В зависимости от физиологических параметров, таких как вес, возраст, жировые отложения и пол, сопротивление кожи может сильно варьироваться. 55 . Сообщается, что эффективный коэффициент теплопередачи ( h кожа ) для кожи человека под ТЕ-модулем варьируется в диапазоне 20–100 Вт · м −2 K −1 56 .Для жесткого ТЭГ на предплечье человека Suarez et al. использован h скин = 50 Wm −2 K −1 36 . Что касается горячей стороны, носимые ТЕС обычно требуют ребер в качестве радиатора, чтобы усилить отвод тепла. Эффективный коэффициент теплопередачи радиатора ( h , сток ) зависит от нескольких параметров, таких как теплопроводность материала ребер, площадь основания радиатора, общая площадь поверхности, подверженная охлаждению, и коэффициент конвекции охлаждающая среда.Таким образом, h раковина можно сильно варьировать, варьируя любой из этих параметров. В этом исследовании рассматривалось ч , раковина = 100 Вт · м −2 K −1 (в дополнительном примечании 3 более подробно обсуждаются расчеты для h , раковина ). Чтобы оптимизировать дизайн ТЕС для носимых приложений, моделирование было выполнено при ч кожа = 50 Вт м −2 K −1 , h раковина = 100 Вт · м −2 K −1 , T кожа = 34 ° C и T атм = 22 ° C.Результаты показаны на рис. 4. Очевидно, что температура холодной стороны минимальна, когда оптимальная FF составляет менее 15%. Минимальная температура холодной стороны уменьшается с увеличением AR; тем не менее, выигрыш не является существенным, если AR слишком велико (> 2).
Рис. 4Оптимальная конструкция модуля для носимых ТИК. a Схема, иллюстрирующая носимый ТЕС, помещенный на кожу человека. Высокое тепловое сопротивление кожи и окружающего воздуха вместе с контактным сопротивлением на границе раздела кожа-ТЭО создают огромную термостойкую среду для носимого ТЭО.Стрелки показывают поток тепла от кожи человека в окружающую среду через ТЭО и радиатор. b Температура холодной стороны носимых ТЕС при различных FF и AR. Оптимальный FF для носимых TEC должен быть менее 15%, а AR должен находиться в диапазоне 1-2
Экспериментальный
Для проверки нашей теоретической гипотезы три типа модулей TEC были изготовлены с использованием коммерческих p- и n- типа материалов теллурида висмута. На рис. 5a – c показаны изготовленные модули ТЭО, прикрепленные к теплоотводу размером 25.4 × 25,4 × 9,5 мм 3 . Радиатор изготовлен из анодированного алюминия в черный цвет и содержит 49 контактов. Модуль TEC, показанный на рис. 5a, имеет 36 ножек размером 1,6 мм (длина) × 1,6 мм (ширина) × 1,6 мм (высота), тогда как модули, показанные на рис. 5b, c, имеют 12 ножек размером 1,6 мм (длина ) × 1,6 мм (ширина) × 1,6 мм (высота) и 1,05 мм (длина) × 1,05 мм (ширина) × 1,6 мм (высота) соответственно. Эти модули были рассчитаны так, чтобы FF составлял 36%, 12% и 5,2%, а AR ветви — 1,0, 1,0 и 1.6, соответственно, и называются TEC с высокой FF, TEC с низкой FF и сверхнизкой FF TEC. В дополнительной таблице 3 перечислены ключевые характеристики модулей TEC, а подробное обсуждение этих модулей приведено в дополнительном примечании 3. На рисунке 5d показан коммерческий модуль (CUI Inc., Part # CP60131H), прикрепленный к аналогичному радиатору. Было обнаружено, что коммерческий модуль TEC имеет FF 28,4% и AR ветви 1,0. На рисунке 5e изображена экспериментальная установка для измерения охлаждения. Модуль ТЕС с ребрами крепится к нижней алюминиевой пластине размером 25.4 × 25,4 × 3,2 мм 3 , как показано на вставке. Затем сборку помещают на предплечье человека и измеряют температуру алюминиевой пластины с помощью термопары K-типа (Omega Engineering). Источник питания (Keithley 2200-20-5) использовался для подачи электрического тока на модуль TEC. Силиконовая паста использовалась в качестве материала термоинтерфейса между модулем TEC и раковиной человека, тогда как серебряная паста использовалась на границе раздела между TEC и алюминиевыми ребрами. Чтобы уменьшить влияние человеческого фактора на результаты экспериментов, эксперименты с различными модулями ТЕС также проводились в контролируемой среде, и результаты сравнивались с результатами, полученными на теле человека.Контролируемая среда состояла из источника тепла с фиксированной температурой (34 ° C) и терморезистора с известной теплопроводностью (0,94 Вт · м −1 K −1 ) и размерами: 16 мм × 18 мм × 10 мм. между источником тепла и TEC, чтобы имитировать тепловое сопротивление кожи человека. На рис. 5f, g показаны экспериментальные данные переходных процессов, полученные для различных ТЭО FF в контролируемой среде и на теле человека. Можно отметить, что температура холодной стороны и охлаждение (Δ T ), полученные в контролируемой среде и на теле человека для различных ТЕС, следуют аналогичной тенденции.Предварительные эксперименты показали, что оптимальный электрический ток составляет ~ 1,0 А для ТЕС с высокой FF, ~ 2,4 А для ТЕС с низкой FF и ~ 2,0 А для сверхнизкой FF TEC. Можно отметить, что при фиксированном прилагаемом токе температура холодной стороны ТЭО сначала снижается со временем, достигает минимального значения, затем медленно увеличивается и, наконец, достигает насыщения через ~ 10 мин. Переходные минимумы ниже, чем установившаяся температура холодной стороны для всех ТЕС. Интересно отметить, что сверхнизкое FF TEC генерирует наименьшую температуру холодной стороны и, следовательно, максимальное охлаждение, за которым следуют TEC с низким FF и TEC с высоким FF.
Рис. 5Модули ТЕС и экспериментальная установка. Изготовленные модули TEC: a фактор высокого заполнения (FF = 36% и AR = 1,0), b Коэффициент низкого заполнения (FF = 12% и AR = 1,0), c сверхнизкий коэффициент заполнения (FF = 5,2% и AR = 1,6), и d — коммерческий модуль TEC (FF = 28,4% и AR = 1,0). e Экспериментальная установка, используемая для определения характеристик модулей ТЕС на теле человека. f , g Исследование переходных процессов, проведенное на различных FF TEC в контролируемой среде и на теле человека.Переходные минимумы ниже установившейся температуры холодной стороны для всех ТЕС. Сверхнизкий FF TEC генерирует наименьшую температуру холодной стороны и, следовательно, максимальное охлаждение, за которым следуют TEC с низким FF и TEC с высоким FF
На рис. различные изготовленные модули TEC. Эксперименты были повторены несколько раз, и результаты четырех повторений показаны на рис. 6. Средняя начальная температура на холодной стороне ТЕС была отмечена равной 30.6 ° C, что также приблизительно соответствует температуре кожи предплечья человека при нормальной температуре окружающей среды 22 ° C. По мере прохождения электрического тока температура холодной стороны снижается до минимального значения. Дальнейшее увеличение тока приводит к увеличению температуры холодной стороны. Для модуля TEC с высокой FF наименьшая температура холодной стороны оказалась 25,6 ° C при I ~ 1,0 A. Модуль TEC с низким FF показал наименьшую температуру холодной стороны 22,6 ° C при I. ~ 2.5 A, тогда как модуль TEC со сверхнизким FF генерирует наименьшую температуру холодной стороны 22,4 ° C при I ~ 2,1 A. Интересно отметить, что оптимальный ток является высоким, когда внутреннее электрическое сопротивление модуля TEC составляет низкий. Большое электрическое сопротивление модулей ТЕС приводит к высокоджоулевому нагреву, что отрицательно сказывается на охлаждении ТЕС. По сравнению с начальной температурой, было обнаружено, что модуль TEC с высокой FF дает максимальное охлаждение 5,0 ° C, тогда как модули с низким и сверхнизким FF TEC дают максимальное охлаждение 8.0 и 8,2 ° C соответственно. Можно отметить, что модуль со сверхнизким FF TEC обеспечивает охлаждение в 1,6 раза выше, чем модуль с высоким FF TEC.
Рис. 6Температура холодной стороны и охлаждение в зависимости от электрического тока. a , b High-FF TEC, c , d TEC с низким FF, e , f Ultra-low FF TEC. Кружками показаны экспериментальные данные, а сплошными линиями показаны результаты моделирования (полученные для h кожи = 100 Вт · м −2 K −1 ).Модуль со сверхнизким FF TEC обеспечивает охлаждение в 1,6 раза выше, чем модуль TEC с высоким FF.
Чтобы подчеркнуть анализ затрат и выгод, охлаждение на единицу потребляемой электроэнергии и охлаждение на единицу объема материалов TE показано на рис. 7. Можно отметить, что при фиксированном токе охлаждение на единицу входной электрической мощности является самым высоким для TEC с низким FF, за которым следуют TEC со сверхнизким FF и TEC с высоким FF. Например, при 1,1 А среднее охлаждение на единицу потребляемой электроэнергии равно 8.9 ° C W -1 для TEC с высоким FF, 17,6 ° C W -1 для TEC с низким FF и 15,8 ° C W -1 для сверхнизкого FF TEC. Это указывает на то, что TEC с низким FF требует в два раза меньше электроэнергии, чем TEC с высоким FF, и в 1,1 раза меньше электроэнергии, чем TEC со сверхнизким FF, для создания такого же количества охлаждения. Кроме того, поскольку ТЭ материалы, особенно наноструктурированные, дороги; следовательно, объем материала TE имеет прямое влияние на стоимость модулей TEC.Из рисунка 7 видно, что при оптимальном токе охлаждение по объему ТЕ-материала составляет 0,04 ° C мм −3 для TEC с высоким FF, 0,16 ° C мм −3 для TEC с низким FF. , и 0,37 ° C мм −3 для сверхнизкого FF TEC. Это указывает на то, что TEC со сверхнизким FF требует примерно в девять раз меньше материалов TE, чем TEC с высоким FF, и в 2,3 раза меньше материалов TE, чем TEC с низким FF, для создания такого же количества охлаждения.
Рис. 7Охлаждение от электроэнергии и охлаждение по объему материала. a — c Для фиксированного электрического тока охлаждение на единицу входной электрической мощности является самым высоким для TEC с низким FF, за которым следуют сверхнизкие FF TEC и высокие FF TEC. d — f При оптимальном электрическом токе охлаждение по объему материала TE является самым высоким для сверхнизкого FF TEC, за которым следуют TEC с низким FF и TEC с высоким FF. Кружками показаны экспериментальные данные, а сплошными линиями показаны результаты моделирования.
Важно отметить, что более высокое охлаждение с помощью ТЕС с низким и сверхнизким FF, естественно, не приводит к лучшему тепловому комфорту.На самом деле, сильное падение температуры на коже человека может быть весьма неудобным; поэтому для практических целей пользователям необходимо предоставить терморегулятор для управления охлаждением в зависимости от тепловых предпочтений. Тем не менее, поскольку TEC с низким и сверхнизким FF, предложенные в этом исследовании, обладают способностью вызывать большее падение температуры, чем TEC с высоким FF, ожидается, что они будут более эффективными в условиях жаркой погоды. На рис. 8a – c показана температура холодной стороны различных ТЭО, установленных на теле человека при различных температурах окружающей среды.Можно отметить, что начальная температура кожи выше при более высокой температуре окружающей среды, что указывает на тот факт, что температура тела человека увеличивается с увеличением температуры окружающей среды. Средняя начальная температура кожи составила 30,6 ° C при температуре окружающей среды 22 ° C, 32,1 ° C при температуре окружающей среды 26 ° C и 34,6 ° C при температуре окружающей среды 32 ° C. На рис. 8a, когда температура окружающей среды составляет 22 ° C, TEC с высоким FF генерирует минимальную температуру холодной стороны 25,2 ° C, которая увеличивается до 27.7 ° C при температуре окружающей среды 26 ° C и 31,7 ° C при температуре окружающей среды 32 ° C. На рис. 8b TEC с низким FF создает минимальную температуру холодной стороны 22,4 ° C при температуре окружающей среды 22 ° C, 25 ° C при температуре окружающей среды 26 ° C и 29 ° C при температуре окружающей среды 32 ° C. . С другой стороны, на рис. 8c модуль сверхнизкого FF TEC генерирует минимальную температуру холодной стороны 22,3 ° C при температуре окружающей среды 22 ° C, 24,9 ° C при температуре окружающей среды 26 ° C и 28,7 ° C. при температуре окружающей среды 32 ° C.Важно отметить, что при температуре окружающей среды 32 ° C ТЕС с высоким FF не может снизить температуру кожи до 30,5 ° C, что обычно является температурой кожи в нормальных условиях окружающей среды, равной 22 ° C. Это означает, что в жарком климате TEC с высоким FF неэффективен для охлаждения человеческого тела. С другой стороны, TEC с низким и сверхнизким FF охлаждают кожу человека ниже 29 ° C при температуре окружающей среды 32 ° C, что подчеркивает тот факт, что эти модули довольно эффективны даже в экстремальных условиях. климат.
Рис. 8Температура холодной стороны и охлаждение ТИК на теле человека. Повышение температуры окружающей среды отрицательно сказывается на охлаждающей способности ТЕС. a — c В жарком климате (температура окружающей среды ~ 32 ° C) ТЭО с высоким FF не может охладить температуру кожи до нормальной температуры (~ 30,5 ° C), тогда как низкие и сверхвысокие температуры TEC с низким FF эффективны даже в экстремальных климатических условиях. d — f Численные результаты, иллюстрирующие зависимость охлаждающего потока от электрического тока для различных FF TEC, установленных на теле человека при различных температурах окружающей среды.Охлаждающий поток увеличивается с увеличением электрического тока, но уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. Кружками показаны экспериментальные данные, а сплошными линиями показаны результаты моделирования.
На рис. 8d – f показан охлаждающий поток для различных ТЭО, установленных на теле человека при различных температурах окружающей среды. Можно отметить, что когда приложенный электрический ток равен нулю, в зависимости от температуры окружающей среды тепловой поток от кожи человека варьируется в диапазоне 15–50 мВт / см –2 .Охлаждающий поток увеличивается с увеличением электрического тока, но уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. Пик охлаждающего потока может наблюдаться в диапазоне 85–110 мВт / см –2 для ПЭС с высоким FF, 120–140 мВт / см –2 для TEC с низким FF и 115–130 мВт / см −2 для сверхнизкого FF TEC. Было высказано предположение, что если локализованная система управления температурой способна отводить 23 Вт тепла от человеческого тела, уставка охлаждения бытовой системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может быть увеличена на 2 ° C, что приведет к значительной экономии энергии. расход 57 .Принимая во внимание площадь поверхности 1,8 м 2 для среднего взрослого 57 , можно рассчитать, что 23 Вт тепла тела можно отвести, покрыв 1,0–2,0% поверхности тела ТЕС (см. Дополнительное примечание 4, Дополнительное примечание. Таблица 4 и Дополнительная таблица 5 для более подробного обсуждения).
На рис. 9 сравнивается максимальное охлаждение и охлаждение на единицу объема материалов ТЭ для различных ТЭО, рассмотренных в этом исследовании, включая коммерческий ТЕС, применяемый на теле человека при температуре окружающей среды 22 ° C.Подробные экспериментальные результаты для коммерческого ТЕС проиллюстрированы на дополнительном рисунке 5. Можно отметить, что коммерческий ТЕС обеспечивает максимальное охлаждение 4,9 ° C против 5,0 ° C при ТЕС с высокой FF, 8,0 ° C при низкой FF. TEC и 8,2 ° C сверхнизким FF TEC, изготовленным в этом исследовании. Это указывает на то, что наш сверхнизкий FF TEC обеспечивает охлаждение в 1,7 раза выше, чем коммерческий TEC. Максимальное охлаждение на единицу объема материала составляет 0,08 ° C / мм 3 для коммерческого ТЕС против 0.4 ° C / мм 3 для сверхнизкого FF TEC, что в пять раз выше, чем у коммерческого TEC.
Рис. 9Сравнение производительности коммерческих и изготовленных ТИК. a Максимальное охлаждение (падение температуры от начальной температуры). TEC со сверхнизким FF обеспечивает охлаждение в 1,7 раза выше, чем коммерческий TEC. b Максимальное охлаждение материалов TE по объему. Объем охлаждения сверхнизкого FF TEC в пять раз выше, чем у коммерческого TEC.
(PDF) Гибкий элемент Пельтье, состоящий из текстильных нитей для охлаждения
Международная научная конференция eRA — 2
Рис.2: схема текстиля Пельтье
4. Заключение
Можно сделать вывод, что электрохимическое осаждение Bi (III), Te (IV) и смесей этих соединений
достаточно сложно. В частности, поведение восстановления Bi (III)
непросто. Было ясно видно, что с номером сканирования поверхность электрода
была модифицирована из-за того, что не весь осажденный Bi и / или Te лишился
в возвратном пике.Это также оказало влияние на кинетику электрода для дальнейшего осаждения слоев
.
Восстановление Bi (III) и Te (IV) из эквимолярных растворов привело к слоям с составом
, который зависел от приложенного потенциала, но для которых можно было определить окна потенциалов
, которые приводят к стехиометрии, связанной с n и p- тип полупроводниковый
свойств.
С помощью этих нитей можно разработать гибкий элемент Пельтье, который состоит исключительно из текстильных волокон и пряжи.
5. Выражение признательности
Эта статья является частью исследовательского проекта 04EP099 (Разработка приложений Telematic
с использованием интеллектуальных волокон и тканей), реализуемого в рамках
«Программы внедрения греческих исследований и технологическая система из
исследователей из-за рубежа (PhD), ENTER-2004 »и софинансируется национальным и
общественным фондами (25% от Генерального секретариата
по исследованиям и технологиям Министерства развития Греции и 75% из Э.U.-Европейский социальный фонд).
Ссылки
[1]. А. Иоффе, Полупроводники, термоэлементы и термоэлектрическое охлаждение,
Информационный поиск, Лондон, 1957,
[2]. Б. Йим, Ф. Рози, Solid-State Electron, 15 (1972) 1121
[3]. R. Pandolfi, US 6289678, 2001
[4]. W.B. Госни, Принципы регенерации, Глава 1, Кембриджский университет,
Кембридж, Великобритания, 1982
[5]. E.J. Уиндер, А. Эллис, Г.К. Лисенский, J Chem Educ, 73 (1996) 940
[6]. РС. Dresselhaus, G. Dresselhaus, X. Sun, Z. Zhang, S.B. Кронин, Т. Кага, Phys
solid state, 41 (1999) 679
[7]. РС. Dresselhaus, T. Kaga, X. Sun, Z. Zhang, S.B. Кронин, К. Ван, Г. Чен,
Труды 16-й Международной конференции по термоэлектричеству, ICT 1997,
IEEE, 16 (1997) 12
[8]. T.C. Харман, Д. Спирс, М. Walsh, J. Electron Mater, 28 (1999) L1
[9].T.C. Харман, П.Дж. Тейлор, Д.Л. Спирс, М. Уолш, J. Electron Mater, 29 (2000) L1
[10]. T.C. Харман, Д. Спирс, М.Дж. Манфра, J Electron Mater, 25 (1996) 1121
ISSN-1791-1133
серебряная пуля для решения проблем с потерей энергии
Рисунок 1. Фотография и схематический дизайн модуля FlexTEG, фотография полупроводниковых чипов из теллурида висмута (Bi-Te), а также зависимость напряжения и мощности от тока для модуля FlexTEG при различных градиентах температуры.Предоставлено: Осакский университет.Группа исследователей из Университета Осаки разработала недорогой крупномасштабный модуль гибкого термоэлектрического генератора (FlexTEG) с высокой механической надежностью для высокоэффективного производства электроэнергии. Благодаря изменению направления верхних электродов на двух сторонах модуля и использованию высокоплотной упаковки полупроводниковых микросхем, модуль FlexTEG обладает большей гибкостью в любом одноосном направлении. Эта повышенная эффективность рекуперации или термоэлектрического преобразования отработанного тепла изогнутого источника тепла повышает механическую надежность модуля, поскольку на полупроводниковые кристаллы в модуле оказывается меньшая механическая нагрузка.
Результаты исследования команды опубликованы в журнале Advanced Materials Technologies .
Говорят, что в ближайшем будущем появится Society 5.0, сверхразумное общество, в котором наше жизненное пространство будет объединено в сеть различными технологиями IoT (Интернет вещей). Система термоэлектрической генерации для постоянной выработки электроэнергии путем эффективной рекуперации отработанной тепловой энергии, выделяемой в окружающую среду, является эффективным средством сохранения глобальной окружающей среды и экономии энергии, и исследования по применению этой системы к источникам энергии для устройств Интернета вещей следующего поколения привлекли внимание.
Технология термоэлектрического преобразования напрямую преобразует тепловую энергию в электрическую и наоборот. Поскольку она позволяет преобразовывать энергию в соответствии с разницей температур, даже если разница небольшая, эта технология следующего поколения будет способствовать сбору энергии, процессу, который улавливает небольшое количество энергии, которое в противном случае было бы потеряно.
Термоэлектрическое преобразование является одним из наиболее подходящих методов преобразования низкотемпературного (150 ° C или ниже) отходящего тепла в электроэнергию, что привело к разработке систем выработки электроэнергии с использованием модуля ТЭГ.Однако, поскольку технология упаковки модулей термоэлектрической генерации, которые могут работать в диапазоне 100–150 ° C, еще не разработана, технология термоэлектрической генерации для этого диапазона не нашла практического применения. Кроме того, стоимость производства модулей для выработки энергии при комнатной температуре была настолько высока, что применение этой технологии было ограничено конкретными областями, например приложениями в космосе.
Установив небольшие термоэлектрические (ТЕ) полупроводниковые чипы на гибкую подложку с высокой плотностью упаковки, исследователи достигли надежного и стабильного сцепления с электрическими контактами между чипами и гибкой подложкой, реализовав эффективное восстановление (термоэлектрическое преобразование) отработанного тепла.В обычных негибких модулях термоэлектрического преобразования верхние электроды с двух сторон были установлены перпендикулярно другим верхним электродам, поэтому кривизна модуля была ограничена. Однако в этом модуле FlexTEG все верхние электроды интегрированы параллельно, что обеспечивает гибкость при изгибе в любом одноосном направлении. Это уменьшило механическую нагрузку на чипы, улучшив механическую (физическую) надежность модуля FlexTEG.
Фигура 2.(a) Схематический дизайн модуля FlexTEG, структура структуры чипа p- и n-типа из двух разъединителей (b) в традиционном подходе и (c) в данном исследовании. Предоставлено: Осакский университет.Ведущий автор Тору Сугахара говорит: «Из-за термостойкости всех полупроводниковых упаковочных материалов (примерно до 150 ° C) и механической гибкости модуля наш модуль FlexTEG будет использоваться в качестве модуля преобразования термоэлектрического генератора для отработанного тепла 150 ° C. C. или ниже. Его метод монтажа основан на традиционных технологиях упаковки полупроводников, поэтому ожидается массовое производство и снижение затрат на модули термоэлектрического преобразования.»
Материалы, которые собирают тепло и превращают его в электричество, могут привести к созданию более экономичных устройств.
Дополнительная информация: Тору Сугахара и др. Изготовление с использованием технологий упаковки полупроводников и определение характеристик крупномасштабного гибкого термоэлектрического модуля, Advanced Materials Technologies (2018).DOI: 10.1002 / admt.201800556 Предоставлено Осакский университет
Ссылка : Модуль гибкого термоэлектрического генератора: серебряная пуля для решения проблем с отходами энергии (18 декабря 2018 г.) получено 6 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2018-12-flexible-thermoelectric-module-silver-bullet.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
Гибкое термоэлектрическое охлаждение для матрасов
Текущие проекты
Тепловой комфорт матраса и постельного белья имеет решающее значение для качественного ночного сна.В настоящее время в производстве матрасов растет тенденция к использованию новых материалов, которые создают охлаждающий эффект для спящих, таких как пены с материалами с фазовым переходом (PCM) или охлаждающие гели. Эти матрасы призваны уменьшить перегрев во время сна или обеспечить более комфортную среду для тех, кто может страдать от заболеваний, вызывающих избыточное тепловыделение. Однако эти материалы представляют собой пассивные охладители, которые не позволяют точно настраивать микроклимат подстилки и часто не дают заметной разницы после первых нескольких часов нахождения в постели.Кроме того, многие люди спят с партнером и могут захотеть изменить температуру только на одной стороне кровати.
Целью данной работы является разработка новой технологии активного охлаждения, которую можно было бы использовать в наматраснике или комфортном слое, поскольку такой технологии не существует на рынке. Охладители Пельтье или термоэлектрические охладители (ТЕС) представляют собой уникальное решение для активного охлаждения, поскольку представляют собой твердотельные тепловые насосы с возможностью точного регулирования температуры. ТЕС обычно легкие и не имеют хладагента, что делает их отличной альтернативой традиционным системам охлаждения.В ходе этого исследования были созданы первые прототипы с использованием термоэлектрических (ТЭ) элементов, процессов формирования проводящего рисунка и печати, а также различных полимерных материалов. Эти устройства оцениваются на предмет охлаждающей способности и механических свойств для их потенциального использования в матрасах. Знания, полученные в результате этого исследования и разработанные процессы производства, послужат основой для будущих построений более эффективных систем охлаждения. Эта работа также даст представление о механизмах, управляющих охлаждением Пельтье, и о требованиях к функциональному радиатору для гибких конструкций ТЭО.Дальнейшая работа будет сосредоточена на моделировании новых устройств, чтобы повлиять на их конструкцию и улучшить ее до изготовления, а также на исследованиях термоэлектриков с печатью для более широкого использования в текстильных изделиях.
Рисунок 2: (A) Пользовательский TEC с использованием технологии проводящей печати (слева) рядом с коммерческим TEC (справа) и (B) тепловое изображение FLIR пользовательского TEC, показывающее охлаждение до минимальной температуры 9,2 ° C
Гибкие и печатные органические термоэлектрики: возможности и проблемы
Самым успешным материалом p-типа, разработанным на сегодняшний день, несомненно, является сульфонат поли (3,4-этилендиокситиофена) полистирола (PEDOT: PSS), полиэлектролит, состоящий из положительно заряженного PEDOT и отрицательно заряженный ПСС.ПЕДОТ: ПСС коммерчески доступен в виде водной дисперсии, что облегчает обработку и в значительной степени способствует его популярности. PEDOT: PSS можно легко обрабатывать с использованием различных методов осаждения. Протокол осаждения и технологические добавки оказывают огромное влияние на электропроводность, которая может колебаться от 10 –2 до 10 3 См см –1 . 7 Наиболее широко используемые добавки — это высококипящие сорастворители, поверхностно-активные вещества (например, диметилсульфоксид, этиленгликоль или Zonyl ® ), которые приводят к более упорядоченным доменам PEDOT и более высокой проводимости. 8 Однако, в отличие от сопряженного ПЭДОТ, насыщенный ПСС является изолирующим, затрудняя перенос заряда. Удаляя PSS из осажденной пленки PEDOT: PSS, можно увеличить массовую долю проводящего PEDOT в пленке, что приведет к значительному повышению проводимости примерно до 1000 См · см –1 . 4 Электронные свойства PEDOT: PSS могут быть дополнительно улучшены путем тщательного контроля осаждения пленки, тем самым получая контроль над разделением фаз в пленке PEDOT: PSS и уменьшая беспорядок вдоль основной цепи PEDOT, что приводит к рекордной проводимости 4600 (± 100) См –1 . 9 Постоянно улучшающаяся проводимость PEDOT: PSS также увеличила его перспективы для термоэлектрических применений. Легкость, с которой пленки PEDOT могут быть легированы и дедопированы, предлагает идеальную ручку обработки для настройки не только электропроводности, но и коэффициентов Зеебека. Crispin et al. сообщили о впечатляющем коэффициенте мощности 300 мкВт · м –1 K –2 и значениях ZT 0,25 после дедопирования высокопроводящего ПЭДОТ: тозилата с тетракис (диметиламино) этиленом (кат.№ 674613). 10 Помимо дедопирования PEDOT: PSS, добавление углеродных нанотрубок или графена является популярным подходом для модуляции термоэлектрических свойств. 11 Путем тщательного структурирования композитной пленки были измерены удельные проводимости 10 5 См · м –1 и коэффициенты Зеебека 120 мкВ · К –1 , что привело к коэффициентам термоэлектрической мощности 2710 мкВт · м –1 K –2 , одно из самых высоких значений для органических термоэлектрических материалов. 12
В то время как p-легирование органических полупроводников может быть легко достигнуто, n-легирование труднее. Полупроводники с недостатком органических электронов связаны с высоким сродством к электрону (от –3 до –4 эВ), что делает отрицательно заряженные молекулы склонными к реакциям с влажностью окружающей среды или кислородом. 13,14 Соли переноса заряда были одними из первых органических проводников n-типа, использованных для термоэлектрических применений. Сокристалл тетратиафульвалена (TTF) и тетрацианохинодиметана (TCNQ), вероятно, является наиболее изученной солью с переносом заряда, которая проявляет многообещающие термоэлектрические свойства.Были получены значения электропроводности 500 См · см –1 и коэффициентов мощности до 40 мкВт · м –1 K –1 . Однако ряд недостатков существенно ограничивают применимость кристаллов с переносом заряда в качестве термоэлектрических материалов. Во-первых, сложно регулировать плотности носителей, поскольку необходимо тщательно соблюдать стехиометрию сокристаллов, оставляя очень мало места для изменения состава. Во-вторых, физические свойства сокристаллов не изотропны, но сильно зависят от различных осей кристалла. 15 Альтернативные подходы к разработке проводников n-типа для термоэлектрических применений в основном сосредоточены на органических полупроводниках, содержащих перилендиимид и нафталиндиимид. Segalman et al. разработали серию молекулярных полупроводников на основе перилендиимида (PDI), функционализированных боковыми цепями, содержащими третичный амин. 16 При термическом отжиге функционализированные фрагменты PDI самодегидируются посредством реакции дегидратации связанного гидроксида третичного аммония.Интересно, что самолегированные соединения PDI продемонстрировали приличную устойчивость к окружающей среде и термоэлектрические свойства. 17 Путем тщательного проектирования боковых цепей самодопированные части PDI достигают электропроводности 0,5 См / см –1 и коэффициентов мощности 1,4 мкВт / м –1 K –2 . Судя по сложным рентгеновским дифрактограммам самолегированных ИПД, транспорт носителей заряда, скорее всего, ограничен межкристаллическими дефектами, оставляя достаточно места для оптимизации материала.Chabinyc et al. внешне легированный высокоэффективный полимер n-типа поли (N, N’-бис (2-октилдодецил) — 1,4,5,8-нафталиндикарбоксимид-2,6-диил] -альт-5,5′- (2, 2′-битиофен)) (P (NDIOD-T2, кат. № 1) с молекулярным допантом (4- (1,3-диметил-2,3-дигидро-1H-бензоимидазол-2-ил) фенил) ( N-DMBI, Кат. № 776734). 18 Хотя проводимость первоначально увеличивается в зависимости от нагрузки легирующей примесью, при более высоких нагрузках наблюдается резкое падение проводимости. ограничено, поэтому при более высоких нагрузках легирующей примеси она кристаллизуется и отделяется от полимерной матрицы, тем самым снижая эффективность легирования.Несмотря на морфологическую нестабильность, коэффициенты Зеебека –850 мкВК –1 были достигнуты с коэффициентом мощности 0,6 мкВт м –1 К –2 . В недавнем отчете Pei et al. показали, что полимеры FBDPPV на основе БДОПВ достигли рекордного коэффициента мощности 28 мкВт · м –1 K –2 . 19 Что еще интереснее, Huang et al. сообщили, что хиноид на основе тиофен-дикетопирролопиррола (TDPPQ) может иметь высокий коэффициент мощности 113 мкВт м –1 K –2 , когда материал легирован висмутом на границе раздела фаз.Производительность — рекордное значение для малых молекул n-типа. 20
Прогресс в органических термоэлектрических устройствах
Несмотря на то, что основные усилия по исследованию органических термоэлектриков по-прежнему сосредоточены на разработке современных материалов, приборостроение является важным направлением исследований органических термоэлектриков по двум основным причинам. Хотя коэффициент мощности и значения ZT широко применяются для изучения взаимосвязи свойств органических материалов, выходная мощность устройств предлагает лучший способ оценить термоэлектрические характеристики и прояснить взаимосвязь.Более того, с точки зрения прикладных исследований, эффективность преобразования термоэлектрического устройства сильно зависит от геометрии устройства и свойств интерфейса. Следовательно, новые конструкции геометрии устройства, конструкция гибких термоэлектрических модулей и разработка технологий обработки растворов (рулонная и струйная печать) могут повысить выработку электроэнергии, охлаждение Пельтье и многие другие приложения.
До сих пор было продемонстрировано лишь несколько генераторов энергии на основе органических материалов.Например, Crispin et al. сообщили об органическом электрогенераторе, состоящем из 55 ветвей вертикальной архитектуры. 21 Для этого устройства ножка размером 1 × 1,5 × 0,03 мм. 3 изготавливается путем заполнения полостей растворами прекурсоров с помощью микропипеток. Следует отметить, что p-ветви состоят из PEDOT-Tos, нанесенного путем химической полимеризации EDOT, в то время как n-ветви состоят из смеси TTF-TCNQ с PVC. Термоэлектрический модуль показывает максимальную выходную мощность 0.128 мкВт при DT, равном 10 K. Несмотря на этот интересный результат, дальнейшее улучшение мощности ограничено низким значением ZT материалов n-типа и малым DT из-за ограниченной толщины. Еще об одном органическом термоэлектрическом генераторе с вертикальной геометрией сообщила группа Чжу. 22 При использовании металлоорганических проводящих полимеров, таких как поли- (1,1,2,2-этентетратиолат металла) в качестве материалов n-типа и p-типа, большие ветви с размерами 5 × 2 × 0,9 мм 3 были изготовлены прессованием полимерного порошка в таблетки.Таким образом, термоэлектрический модуль служит надежным устройством для выработки большой мощности. Благодаря преимуществам ветвей с более сбалансированными термоэлектрическими характеристиками и увеличенной толщиной термоэлектрический модуль, состоящий из 35 ветвей, генерировал максимальную мощность и ЛОС 750 мкВт и 0,26 В соответственно, когда DT поддерживается на уровне 82 К. Плотность выходной мощности достигла 1,2 мкВт. см –2 при 30 К.
Создание гибких термоэлектрических прототипов модулей имеет жизненно важное значение для практического применения органических термоэлектрических материалов.Недавно Zhu et al. продемонстрировал высокоинтегрированный гибкий модуль с 220 ножками. 23 Прототип устройства показал напряжение холостого хода 1,51 В и ток короткого замыкания 2,71 мА. Максимальная выходная мощность превысила 1 мВт, что является лучшим показателем для органического термоэлектрического модуля, опубликованным на сегодняшний день. Относительно высокое выходное напряжение и большая выходная мощность сконструированного модуля были достаточны даже для независимого управления вычислителем с жидкокристаллическим дисплеем. Интересно, что корпорация Fujifilm недавно продемонстрировала гибкий термоэлектрический преобразователь 24 мощностью несколько милливатт, способный вырабатывать электричество с разницей температур всего в 1 К.Разница температур, возникающая при прикосновении руки к устройству, создает достаточно электричества для питания игрушечной машины. Ожидается, что модуль будет использоваться в качестве переносного источника питания для устройства мониторинга состояния здоровья и будет включать в себя другие интегрированные элементы, собирающие энергию.
Помимо обычных генераторов энергии, в последнее время повышенное внимание привлекают органические термоэлектрические устройства для многофункциональных приложений. Например, органические термоэлектрические устройства могут также использоваться для сбора световой энергии непосредственно в качестве фото-термоэлектрических (ФТЭ) преобразователей.В двух недавних работах, выполненных Kim et al. и Huang et al., устройства PTE на основе производных фотоселенофена (гексил-3,4-этилэндиоксиселенофен, EDOS-C6) и поли [Cux (Cuett)] были сконструированы независимо. 25,26 Для этих PTE-устройств как фототермическое (PT), так и тепловое термоэлектрическое преобразование может происходить в одном элементе, чтобы обеспечить преобразование PTE. Что касается устройства на базе EDOS-C6, можно получить высокое напряжение Зеебека до 900 мкВ при умеренном освещении в ближнем ИК-диапазоне (808 нм при 2,33 Вт · см –2 ).Помимо этого преобразования PTE, может также происходить фотоиндуцированное возбуждение органических активных материалов с очевидным влиянием на термоэлектрические свойства. В работе Хуанга облучение БИК-светом пленки поли [Cux (Cu-ett)]: PVDF привело к увеличению коэффициента Зеебека с 52 ± 1,5 до 79 ± 5,0 мкВ K –1 . Благодаря заметным эффектам PTE и PTE поли [Cux (Cu-ett)]: PVDF, можно получить напряжение PTE, равное 12 мВ. Это делает возможным многообещающее применение органических ТЕ-материалов в производстве электроэнергии с помощью солнечной энергии и обнаружения в ближнем ИК-диапазоне.
Зондирование — еще одна интересная область применения органических термоэлектрических материалов. В этом отношении термоэлектрические устройства представляют собой хорошие кандидаты в качестве датчиков температуры. Интересно, что недавняя работа Zhang et al. продемонстрировали, что органический термоэлектрический материал на основе микроструктуры-каркаса (MFOTE) также может применяться в качестве датчиков давления-температуры с двойным параметром для приложений электронной кожи с автономным питанием. 27 В этом устройстве разница температур между устройством и объектом определяется эффектом Зеебека, а давление смещения можно определять по изменению сопротивления устройства.Включение пьезорезистивного и термоэлектрического механизмов позволяет одновременно обнаруживать стимулы температуры и давления без дополнительного процесса развязки и даже обеспечивает чувствительность к давлению с автономным питанием и точность измерения температуры> 20 кПа – 1 и <0,1 K соответственно. Следует отметить, что гибкий двухпараметрический датчик может иметь автономное питание и интегрироваться в массив, что позволяет их интеллектуальное применение в широком спектре продуктов робототехники и мониторинга здоровья.
.