超薄热电模块建立热电应用新的性能范例

薄膜材料：热电性能的新典范

乍一看，图3所示的性能比较本身就很有意思—薄膜TEC汲取的能量是散装器件的4倍，尽管它最高只有60%的温差。然而，如果我们将尺寸差异考虑进去，薄膜TEC的内在性能着实令人惊讶。薄膜TEC在一张纸的厚度上能有最大40℃的温差(ΔTmax)！在一块纸屑的面积上它能最大汲取约16瓦(Qmax)的能量。这里没有显示散装和薄膜器件各自的响应时间。然而，散装器件的热响应时间以秒计，而薄膜TEC的响应时间由于其尺寸小而以毫秒来计。

图4显示了实测的散装和薄膜TEC的负载线，这里再次计算以说明其尺寸性能差异。在这种情况下，ΔT除以获得该温差的厚度，Q除以获得该热量的面积。换句话说，纵轴代表了该装置在其厚度上能够控制的温度梯度，横轴表示该装置在该区域上产生的功率密度。表1总结了散装和薄膜TEC的完整对比。

表1：传统TEC和薄膜TEC的室温性能比较。

图4中的对比描述了由薄膜TEC提供的一种新的运行机制。在冷却模式下，薄膜热电装置提供了空前的能量密度汲取能力(Q/面积)和非凡的温度梯度(ΔT/H)。同样，在发电模式下这些装置也达到了无以伦比的性能特征。

图4：散装TEC和Nextreme薄膜TEC的无量纲负载线。

对应用开发的启示

为了利用图4所显示的特性，薄膜装置需要投入到合适的热量和外形尺寸环境中去。由于其尺寸非常小，该装置可以直接集成到半导体或光电子封装中以实现局部冷却，这些行业的产品工程师以前从来没有合适的温度控制方法。同时，该装置体积小并且能汲取足够的能量来实现发电、医疗器械和仪器等新应用。最后，集成化、局部冷却以及发电现在已经使得温度控制或能量传递成为电路的一项补充功能。

作者：

Seri Lee博士

首席技术官

Nextreme Thermal Solutions公司