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压电半导体热电效应建模:用于机械控制热流和制冷的新的完全耦合机制。 (英语) 兹伯利07646841

摘要:我们提出了一种连续介质理论来分析压电半导体中热电场和机械场之间的相互作用。平衡定律和耗散不等式在参考构型中得到了表述。通过引入广义菲克定律,导出了热力学一致的本构方程,包括漂移扩散电流、热流的傅里叶定律、塞贝克效应和珀尔贴效应。结合能量平衡和第二吉布斯关系,导出了具有半导体效应的热传导方程和焦耳发热。然后对框架进行几何线性化,以应用于晶体固体的小变形。基于新开发的框架,确定了6mm级晶体中热电场和机械场之间的两种新的耦合机制。1)机械负载可以通过机械诱导势阱阻挡负载区域中的电子和热通量。在1%的应变水平下,电流和热流可以减少多达80%。这种效应有助于设计新的开关器件。2)令人惊讶的是,机械负载可以充当通过感应势垒的电流放大器。此外,利用新的和不寻常的焦耳加热产生,可以产生热偶极子,这表明机械负载可以导致局部制冷。通过一个简单的数值模型,我们证明了在1%左右的应变水平下,机械变形可以产生0.06 K的温差。基于这种新型的激励冷却机制,我们进一步提出了一种新型的多级金字塔级联制冷装置。本文的框架为分析半导体结构中的多种物理问题提供了基础,也为开关和制冷设备提供了潜在的思路。由于该框架基于有限变形理论,因此有助于分析新兴柔性半导体材料的行为或开发相应的计算方法。

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74-XX岁 可变形固体力学
82至XX 统计力学,物质结构
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