功率芯片詳細介紹和作用功能

ID:988595 · 發表于 2021-12-27 16:34

介紹"熱"和"冷"是我們用來描述熱的存在（或不存在）的詞。熱量最好被描述為包含在其他東西中的能量。因此，在大部分熱量消散后，一杯熱咖啡比一小時后的同一杯咖啡更有能量。構成"熱"的能量是原子的動能。因此，如果咖啡杯中的原子移動得非常快，那么咖啡就是"熱的"。當原子減速時，咖啡變得"冷"。如果原子變得足夠冷，以至于它們不再快速移動，咖啡就會凍結成固體。
雖然固體中的原子往往相對不動，但它們中的電子總是在移動。在高于絕對零度（-273°C）的任何溫度下，電子不斷運動，與周圍原子的電子迅速交換位置，特別是在金屬中。
根據溫度的不同，電子具有更高或更低的能量。低能電子是"冷的"，而高能電子是"熱的"，并且移動得更快。用電子發電涉及提供熱量以產生高能電子，鼓勵高能電子向一個方向移動，并引入低能電子以在完整的電路中取代它們。
是什么讓Power Chips與眾不同？還有其他眾所周知的技術，它們使用電子遷移來發電。這些屬于"熱電"的范疇，自1834年發現珀爾帖效應以來一直在研究。這些技術都使用特殊的材料和幾何形狀來鼓勵高能電子向一個方向遷移，從而產生電流。熱電的最大問題是，雖然電子在一個方向上攜帶能量，但材料本身通過傳導熱返回大部分能量。
功率芯片是不同的，因為電子必須穿過間隙，這提供了出色的隔熱性能。因此，預計功率芯片將具有極高的運行效率，比熱電器件高出一個數量級。
電子如何在間隙中移動？讓大量電子流過間隙的困難在于，電子不容易離開它們的位置進入新的空間。有兩種機制可以使電子穿過間隙："隧穿"和"熱離子發射"。隧穿是一種量子物理效應，只能在非常短的距離內工作，大約為1-10納米，這對于中高溫設備來說是不切實際的。
熱離子發射在1 - 3μm的間隙寬度下效果最佳，這更容易維護。能夠離開表面的電子量主要取決于電極的溫度和材料特性。這些屬性定義了"功函數"（wf），即釋放電子并將其移離表面以便它可以移動到其他地方所需的工作量。工作功能在科學和工程文獻中已經討論了一個世紀，在現代技術的大多數領域都具有日常的現實意義。通常，大多數金屬的工作函數為3 - 5 eV（電子伏特）。這需要熱側的溫度超過1，000°C才能獲得相當大的電流。
Power Chips plc已經開發并獲得了一種降低工作功能的方法的專利。這種方法稱為Avto效應™，允許我們使用標準納米技術方法蝕刻獨特的表面圖案來改變材料的電子特性。Avto效應是通過將導電材料薄膜放在絕緣體上，然后在其上蝕刻特定的波紋納米級圖案來證明的。這種模式降低了材料的電子功函數，使電子更容易從源表面蒸發并進入相反的表面 - 從而產生電流。
降低的功函數意味著材料可以在較低的溫度和/或較低的施加電壓下發射電子。這意味著Power Chips可用于從廣泛的商業，工業，住宅和自然熱源中收集熱量。然后，功率芯片通過利用我們輕松地將電子從功率芯片的加熱側移動到集電極側的能力，將這種熱能轉換為電流。這將使發電能夠使用簡單，固態，高效和非機械的發電系統。
技術優勢與傳統的內燃機或渦輪機系統相比，功率芯片技術具有許多顯著的優勢。基于傳統系統的發電機體積龐大、復雜，需要頻繁維護。這些技術已經存在了100多年，并且主導著市場，僅僅是因為到目前為止，大多數應用還沒有可行的替代方案。
從技術角度來看，Power Chips與現有系統相比具有許多優勢。Power Chips技術將為市場提供一種核心技術，即輕巧，模塊化，靜音，高效且幾乎不含有害排放物。此外，基于Power Chips技術的發電解決方案在大規模生產中，制造成本應比現有解決方案低得多。與其他熱離子器件相比，功率芯片將提供功率密度、效率和靈活性的新維度。作為堅固耐用的固態器件，Power芯片將安裝在對物理要求甚至極端要求苛刻的環境中 - 適用于需要電源但目前沒有實際方法來產生電源的應用。電源芯片原型是外觀類似于計算機芯片的小型電子設備。當一個熱源施加到一側時，當高能電子穿過分隔兩側的1至3微米的間隙時，在另一側產生電流。我們預計每平方厘米的有效表面積產生約20安培的電流。這相當于約10 W/cm2發電量1。
Power Chips 將實現哪些功能？一個更好的問題可能是，Power Chips無法實現什么。工業過程和現代機器每時每刻都在排放和消散大量的熱能。它們已經存在了一個多世紀。Power Chips將提供唯一低成本，靈活，高效率的技術，開始回收這些廢熱并將其轉化為有價值的電力。
作為固態器件，電源芯片將被放置在最惡劣和最苛刻的環境中，而不必擔心機械故障或密集維護。最終，Power Chips將通過回收人體熱量并為任何可能需要的設備提供電力來發電：手機充電器，應急收音機或夜視鏡，以選擇一些明顯的例子。從噴氣發動機機艙內部到戰斗士兵的"動力背心"，Power Chips將隨時準備在熱流淌的任何地方產生能量。Power Chips技術即將引起人類生產，使用和思考權力的方式的范式轉變。
綜上所述，Power Chips技術具有以下吸引人的屬性：
效率：功率芯片可以達到卡諾（理想）效率2的50%以上，而單級發電廠的最大效率為36%，傳統兩級電力系統的最大效率為50-60%，熱電設備最高可達5-8%。
重量：芯片重量輕，便于移動和安裝。
大小：功率芯片非常緊湊，可在小型封裝中實現高功率。
單純：電源IC沒有移動部件，啟動時沒有電涌或滯后。
耐用性：作為固態器件，功率芯片在機械和熱要求苛刻的環境中具有很高的彈性。
模塊性：可以輕松交換設備。同樣，由于大型應用將被設計為使用許多可單獨更換的電源IC陣列，因此與具有單點故障的傳統發電系統相比，災難性故障的可能性要小得多。
集成成本：該技術設計允許將單個基本單元應用于許多不同的最終用途應用。電源IC技術的應用僅因工作溫度范圍、系統中安裝的電源IC數量以及每個芯片的發電能力瓦數而異。
環境效益：Power Chips幾乎可以使用任何燃料源，并且不會產生噪音或振動。它們被設計為環保的，因為作為回收廢熱的附加組件，不需要額外的熱源來顯著增加現有設施的輸出。
我們期望每個電源IC的輸出電壓約為0.5伏。在 20 A 電流下，每cm2的功率芯片的功率輸出為20A * 0.5V=10W。卡諾循環描述了物理定律允許的最完美的熱泵。實際效率將根據當前溫度條件而變化，但卡諾方程將始終顯示給定這些條件理論上可以達到的最大效率。

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