半导体制冷片为什么没有在桌面级散热中广泛应用？

读者可以自己动手用半导体制冷片制作小冰箱吗？可以，没问题！

实际上，半导体制冷片在桌面级散热中不是没有被使用，反而在某些桌面级散热中一直在使用，使用中还展现出了其独特的优点；至于它在桌面级散热中应用不够广泛的问题，那是因为它除了优点之外，还存在某些缺点。为了说明它的优点和缺点，以及在桌面级散热中选用不选用它所依据的原则，最好是从半导体制冷片的工作原理说起。等大家明白了它的工作原理以后，一旦遇到需要设计桌面级散热问题时，选不选用半导体制冷片，自然自己也就容易定夺了。

我们先考虑一个现象，使用过半导体收音机、电子管收音机、具有拉杆天线电视机的读者都知道，用另外一个金属体接触它们的拉杆天线时，会听到“卡吧卡吧”的声音，电视屏幕上会出现明显的干扰线条。其原因在于两种不同的金属或半导体之间，在相同温度下，具有不同的自由电子密度，二者相互接触时，简单地说，由于自由电子密度的不同，出现了电势高低之差，自由电子就会从密度高的一方流向密度低的一方，这种电流开始流动时会产生电流瞬变波谱，从而干扰了收音机、电视机的信号接受。其实，除了其它金属接触拉杆天线外，任何两种金属或半导体，在每个温度下都具有特定的电势差，这种物理现象叫作塞贝克效应。利用塞贝克效应，测量特定两种金属或半导体接触点之间的电势差，就可以知道它们接触点位置的温度，这种测温用的电子元件叫作热电偶。用于选择构成热电偶的金属间组合或金属半导体间组合的考虑因素，一般包括塞贝克系数的大小、使用的温度范围、塞贝克效应的线性度区间、成本等。目前常用的热电偶包括，铁—康铜热电偶、镍铬硅—镍硅热电偶、镍铬—铜镍（康铜）热电偶、镍铬—镍硅（镍铝）热电偶、铂铑—铂热电偶等。

上面说的是没有与电源相连接的两种金属或半导体间的接触；那么如果将相互接触的两种金属或半导体改为与电源正负极相连接的时候，又会是什么样子呢？这时候它们的接触点会变冷或变热，即出现接触点吸收热量或放出热量的现象；如果改换与之相连接的电源极性，即改变电流流向，原来变冷的接触点会改为变热，原来变热的接触点会改为变冷，即吸热的变为放热，或者放热的改为吸热。其吸放热的多少与金属或半导体的种类有关，与电流的大小成正比。电致吸热（电致冷）的现象叫作帕尔贴效应，它是在1834年由法国科学家帕尔贴首先发现的；而电致发热（非电阻加热）的现象叫作汤姆逊效应，与本文无关，暂不讨论它。利用帕尔贴效应，可以制作出非电阻式加热元件或电致冷元件。优化金属或半导体间的组合，就可以获得更佳的加热或制冷效果。半导体制冷片就是利用这种帕尔贴效应制作出来的电致冷元件。

半导体制冷片目前被大量用于，军事领域的导弹、雷达、潜艇等系统内红外探测器或者红外导航仪的冷阱；医疗卫生领域的冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等方面；在实验室内，主要用于冷阱、冷槽、小型冷箱、低温电子测试装置、各种恒温低温实验仪片等；在专用设备方面，包括石油产品低温测试仪、生物化学产品低温测试仪、细菌培养箱、低温恒温显影槽，大型超级电脑等；日常生活方面，用于小型空调、小型专用冷藏箱等，据说有位单身狗自己动手用半导体制冷片制作了一台自用的小型冰箱放在自己的桌子上。

半导体制冷片的优点是，无冷媒，环保无污染；全部部件无旋转，无滑动，无振动，无噪声，长寿命，易安装；即可制冷，更换电源正负电极极性就可以制热，而且制热效率永远大于制冷效率（因为电流流过产生的焦耳热对制热可以起到加强作用，而对于制冷却多多少少扯了点后腿）；因为半导体制冷属于电能与热能之间的直接转化，可以通过控制电流来高精度地控制温度，再加上温度测控电路，很容易实现遥控、程控、自动控制；半导体制冷片热惯性小，制冷制热都非常快，甚至一分钟之内就可达到最大温差；半导体制冷片还可以逆向使用，进行中低温区温差发电；半导体制冷片允许积木式连接，通过串联或并联，制冷功率能够在毫瓦级到万瓦级之间任意组合；半导体制冷片的制冷温度范围宽，可以在在正90℃到负130℃之间任意精确调节。

半导体制冷片的缺点与其优点一样，都十分鲜明，因此限制了它的广泛应用。半导体制冷片在开始使用前，热端温度必须低于80℃，否则开始工作后热端温度会继续升高，以致造成器件短路或断路，使其报废；必须使用直流电源，波纹系数应小于10%；半导体制冷片在作制冷制热交换使用时，两端面必须先降到室温（大约在15分钟以上）方可转换电源极性，否则陶瓷片可能会炸裂。

如果读者购买半导体制冷片进行手工制作时，可按照使用说明书的指导实施操作；其中需要注意是，散热板、储冷板与半导体制冷片之间导热薄层粘接，以及散热板与储冷板之间隔热材料填充。

下面三张照片分别是半导体制冷片以及带有散热片与储冷板的半导体制冷片、用半导体制冷片制作的宠物空调箱。