[发明专利]相变材料、其制备方法以及使用相变材料的模块的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变材料、其制备方法以及使用相变材料的模块的制造方法，更具体地，涉及使用其可以通过将作为热损失的能量转换为电能来非常高效产生电能的相变材料，其制备方法以及使用相变材料的模块的制造方法。

背景技术

常规热发电系统是通过其将热能转换为电能的技术，称作“热电发电(TPG)”。长期以来已经开展针对各种表现出可将热能转换为电能性质的热电材料的研究。

在该领域，曾经开发出的最有效系统是使用结半导体(p-型/n-型半导体结)的热电发电系统。就效率而言，该系统达到约15％功率输出并且已商业化，但该效率非常低。

表1

参照上表1，可以确定各种能量转换器的转换效率。

热电材料的性质可以以包括如下Seebeck系数的品质因数(figure of merit)形式来表示，并利用下面的<数学式1和2>来定义。

<数学式1>

(Seebeck系数)

<数学式2>

Z=α2λρ]]>

(λ是热导率，ρ是电阻率)

以上数学式2的品质因数可以以x-y坐标形式表示，并示于图1中。图1是热界面材料性质的品质因数的图。

参照这些，Seebeck系数的单位通常是μV/K，表示每开尔文产生的电压值。已使用表现出高达1200μV/K的材料，它们对应于例如Si/SiGe量子阱热电材料。

当使用这些材料时，10开尔文的温差可以产生约0.012V的电压差，对应的品质因数已知约为4.4。

热电发电系统的原理是利用温差引起的电子密度变化产生电压的现象。即，通过温度变化产生自由电子，并且这些自由电子的分布导致产生原位密度差，由此形成电势。

图2详细示出了上述结半导体的原理。参照图2，热被吸收在外吸热区，而该热又被释放到外放热区。在n-型半导体中，该温差产生的电子流从吸热区到放热区。在p-型半导体中，空穴流从吸热区到放热区。

因此，通过交替构造多个n-型和p-型半导体，在两端产生电势差。

但是，这种n-型/p-型半导体结可能不会产生大于15％的转换效率，而且在预期通常使用的室温下可获得的电压差低。相反，存在为获得工厂可用的恒定电压需要几十或成百上千开尔文的温度变化的缺点。

该n-型/p-型半导体结严格受限于一些实际可用的材料。这些材料体积如此大，重量如此高以致于难以在各种应用领域使用它们。因此，几乎不可能可移动地使用它们。

此外，由于运行中产生大量热，因此效率逐渐降低，难以将这些材料用于高效发电。

近来，已开发出使用VLSI(超大规模集成电路)的计算机系统，并且商业上就计算机本身的能量效率而言，持续需要开发能够驱散VLSI产生的热的材料。在该领域，通过反利用上述热电材料的性质并利用系统随着电压施加而可冷却的原理，研究已经指向目的是驱散热源的技术。

在上述要求散热的领域，研究的主题可以大致分成两种。一种是使用热电材料，另一种是利用多相变(MPT)材料经历相变时产生的潜热来吸收热。

基于以上散热系统中利用热电现象的Peltier效应的应用，采用冷却直接来自于计算机CPU的热源的性质。但是，在与外部连接的相反部分，通过热力学第二定律产生大量热，导致热源外移。

在这种情况下，冷却性质根据热界面材料的冷却性质来确定。在以接触模式吸热时，系统存在严重缺陷：由于应该通过将5mm厚的Peltier器件重叠连接来冷却热，系统的重量和体积都变得非常大。当系统超过其冷却极限时，系统还存在可能不会适当地发挥其作用和系统周围的温度可能进一步升高的问题。

因此，就通过在散热系统中使用MPT材料来驱散热源的方法而言，需要开发具有如下性质的新材料：其根据材料本身具有的潜热的强度和类型来吸热。

本发明技术问题的公开

本发明试图解决的第一技术问题是提供相变材料；使用该相变材料可以通过将作为热损失的能量转换成电能来产生高效电能，并且此外，使用该相变材料可以有效地释放电子设备如计算机产生的热。