“桌面空調”“TEC黑科技”“16°C涼風直吹”……今年夏天，你的短視頻和電商平臺首頁有沒有被這樣的新型小風扇刷屏？它們聲稱采用了“半導體制冷”技術，僅靠一片指甲大小的芯片，就能把熱風變成“空調風”，吸引無數消費者買單。

但是，這所謂的“TEC制冷”，真的是新技術嗎？它真的能讓風變涼？還是變著法兒收“智商稅”？

“半導體制冷”小風扇制冷模式下有水珠凝結

01、“吹出16°C涼風”？可能不假，但別想太多

我們先從結論說起：半導體制冷技術是真的，涼風也是真的，但效果有限、很容易被夸大。

目前不少小風扇都采用了所謂的“TEC制冷模塊”， “TEC"，即熱電半導體，其實就是一塊基于熱電效應的半導體片（常用材料為碲化鉍Bi?Te?）[1]。當電流通過它時，一面變冷、一面變熱。制造商通常會把冷的一面對準風道，熱的一面貼上散熱器，再加一個小風扇輔助散熱。如此一來，風口確實能吹出比室溫低幾度的涼風，甚至在測試中測得16°C的瞬時低溫。

熱電半導體常用材料碲化鉍Bi?Te?

圖源：bilibili.com

然而，這里面藏著幾個“但”。

但它很挑散熱：TEC的冷卻效率完全依賴于熱端的散熱效率，一旦散熱器不給力，冷端溫度立刻回彈。

但它只能近吹：哪怕涼風確實低于室溫，也僅能維持在出風口數十厘米內，遠距離很快會被熱空氣稀釋。

但它不省電也不環保：它的制冷效率（COP）甚至小于傳統壓縮機制冷的1/3，且持續使用發熱量不小。

所以，它確實比普通風扇涼一些，但效果可能并沒有我們想象的那么好。說到底，這是個改良型風扇，而不是迷你空調。

02、“半導體制冷”并不新鮮，反而有點“復古”

說它是“黑科技”，其實有點名不符實——“半導體制冷”并不是新發明，而是經典物理效應的工程化應用。它的核心原理源于19世紀就被發現的珀爾帖效應（Peltier Effect）：當直流電流通過兩種不同的導體或半導體連接點時，一端會吸熱（變冷），另一端則放熱（變熱），從而形成溫差[2]。

珀爾帖效應制冷原理圖

圖源：參考文獻[3]

與之密切相關的，還有塞貝克效應和湯姆遜效應。這三者統稱為“熱電效應三兄弟”，共同構成了熱電器件工作的理論基礎[4]。制冷時，我們用的是“電生溫差”；而反過來，如果在兩端人為制造溫差，就可以產生電壓——也就是溫差發電。

而真正讓這項技術走出實驗室的，是20世紀50年代碲化鉍（Bi?Te?）等熱電半導體材料的問世。這類材料有一個獨特特征：它們導電性好，但導熱性差，也就是說，熱量不會“順著電流跑掉”，能有效在兩端形成冷熱分離[5]。

在實際應用中，TEC模塊并不只是一塊芯片，而是由幾十對N型和P型半導體組合成的“熱電堆”。有些產品為了增強制冷效果，還會采用多層堆疊結構，讓冷端一層一層降溫。不過要注意，每一層都需要足夠好的散熱，否則熱量積在一起，反而會讓整個系統“熱得更快、冷不下來”。所以，散熱做不好，堆再多也白搭[6]。

說到底，這不是什么“魔法黑片”，它只是應用了100年前的物理效應、70年前的材料科技，以及如今更緊湊、更節能的散熱結構。

03、“涼風”只是開始，它還能發電、控溫、上太空

除了小風扇這種“入門級應用”，半導體制冷技術的舞臺遠不止于此。

它那種無壓縮機、無冷媒、低噪音、易控溫的特性，在許多傳統制冷難以觸達的場景中，反而大顯身手。

更值得一提的，是它的“反向用法”。熱電模塊并非只能制冷，在兩端制造溫差時，它還能反過來輸出電流——這就是塞貝克效應。在沒有電源、無法布線的場景下，只要存在冷熱差，比如發動機尾氣管、高溫爐壁、太陽照明和深空背景之間，就能源源不斷地產生電流。這種“溫差發電”已經被用于航天器的供電、廢熱回收系統，甚至偏遠地區的自供電監測裝置中。

持續工作的“玉兔二號”月球車

圖源：央廣網

不過，正如所有技術一樣，半導體制冷也非“萬能鑰匙”。它雖能在特定環境中大放異彩，但在性能、能效、成本等方面，也有一些難以忽視的短板。我們不妨來整體看一眼，它到底有哪些“加分項”，又存在哪些“現實限制”：

簡而言之，半導體制冷適合需要靜音、定點、快速響應的小型設備，比如CPU溫控、醫學探頭、便攜飲水機等。但若用來替代傳統空調、冰箱這類大范圍制冷任務，它就顯得力不從心、代價高昂了。

參考文獻

[1]范玉斐,張鳴,鄭學林.半導體制冷技術以及發展前景[J].山東工業技術,2016,(23):287-288.

[2]唐春暉.半導體制冷——21世紀的綠色“冷源”[J].半導體技術,2005,(05):32-34.

[3] P. Bertreau, Novel thermoelectric materials development, existing and potential applications, and commercialization routes, (2006).

[4] H. Dehra, ‘Building-Integrated Thermoelectric Cooling-Photovoltaic (TEC-PV) Devices’, Bringing Thermoelectricity into Reality. InTech, July 11, 2018.

[5] A.C. Sulaiman, N.A.M. Amin, M.H. Basha, M.S.A. Majid, N.F.M. Nasir, I. Zaman, Cooling performance of thermoelectric cooling (TEC) and applications: A review, MATEC Web of Conferences 225 (2018) 03021.

[6]黃震,張華. 半導體制冷技術的研究現狀及發展方向[J]. 有色金屬材料與工程,2017,38(2):106-111.

作者：劉雨林，復旦大學材料科學系碩士

策劃&編輯：rain

鳴謝：蘇州科技大學材料科學與工程學院 教授 馬汝廣 為本文提供科學指導。

題圖圖源：豆包ai

來源: 上海科技館