一种电阻率近似为零的虚拟超导体制造技术

本发明专利技术公开一种电阻率近似为零的虚拟超导体，包括半导体、绝缘隔热层及外部连接导线；半导体沿宏观电流方向实施故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布；半导体端部分别连接外部连接导线作为电流的引入端及引出端；绝缘隔热层包覆在半导体上及包覆在半导体与外部连接导线连接处，半导体与外部环境形成热隔离。本发明专利技术利用非均匀掺杂半导体吸热发电，输出电压增量和电功率增量，实现对电阻焦耳热消耗电压和电功率的补偿。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及热能与电能相互转换的半导体
，尤其是指一种电阻率近似为零的虚拟超导体。

技术介绍

现有技术中，超导体都需要降温到极低的超导阀值温度以下才实现超导，其实现条件较为困难，尤其是保持低温较为困难，使用成本较高，超导体本身体积庞大，难以大规模普及应用。现有技术通常着眼于寻找阀值温度较高的新材料，然而进展不大，阀值温度仍然很低，难以满足应用需求。
非均匀掺杂的半导体本身可以较高效率地实现热能-->电能的转换，与电阻产生焦耳热的电-->热的过程相反，利用半导体的该特性，可以在一定范围内始终抵消电流焦耳热的释放，表现为电阻减小，甚至大幅减小，电阻值接近于零的近似超导体，本案由此产生。

技术实现思路

本专利技术的目的在于提供一种电阻率近似为零的虚拟超导体，利用非均匀掺杂半导体吸热发电，输出电压增量和电功率增量，实现对电阻焦耳热消耗电压和电功率的补偿。
为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：
一种电阻率近似为零的虚拟超导体，包括半导体、绝缘隔热层及外部连接导线；半导体沿宏观电流方向实施故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布；半导体端部分别连接外部连接导线作为电流的引入端及引出端；绝缘隔热层包覆在半导体上及包覆在半导体与外部连接导线连接处，半导体与外部环境形成热隔离。
进一步，绝缘隔热层与半导体之间设置电绝缘导热层；半导体设置为多个时，相邻的半导体之间设置电绝缘导热层。
进一步，外部连接导线的半导体属性跟与其连接的半导体端部半导体属性相同。
进一步，实施非均匀掺杂的整根半导体或同一根划分为多段之后的所有段或者部分段半导体，沿同一宏观电流方向实施杂质浓度单调连续增大或单调连续减小的半导体故意非均匀掺杂处理；掺杂处理后的该整根或该段半导体，沿宏观电流矢量正方向从一端到另一端具备从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P的杂质浓度单调连续过渡变化的特征，两端的半导体属性强弱程度或属性类型具备差异。
进一步，电流方向串联≧2根非均匀掺杂的半导体时，任意一个整根单调变化掺杂的半导体两端的掺杂浓度，与串联方向所有同样整根单调变化掺杂半导体的对应两端平均掺杂浓度的误差，与该端平均掺杂浓度的比值≦±50%；一根半导体划分为多段之后实施单调变化掺杂的任意一半导体段两端的掺杂浓度，与串联方向所有同样划分为多段之后实施单调变化掺杂的半导体段对应两端的平均掺杂浓度的误差，与该端平均掺杂浓度的比值≦±50%。
进一步，半导体配置为单独一根，两侧与外部电路相连，或配置为相互首尾串联连接的两根以上，最外侧两根半导体分别与外部电路连接；配置为单独一根且划分为多段之后独立进行单调变化掺杂时，任意一段实施单调变化掺杂段的长度与所有单调变化掺杂段的平均长度之比≦±50%；半导体串联配置为两根以上时，其中任意某个实施非均匀掺杂的半导体段的长度与所有实施同样非均匀掺杂的半导体段的平均长度之比≦±50%。
进一步，半导体配置为相互并联的两根以上，两根以上半导体平行层叠或并排靠拢，或者相互扭转，相互之间通过绝缘导热材料隔开保持电绝缘。
进一步，电流方向上配置两根以上串联半导体，同时在垂直于电流方向配置两根以上并联半导体。
进一步，垂直于宏观电流方向相互并排靠近的M个半导体，M为>1的正整数，取其中最接近于M/2的整数数量个半导体的掺杂浓度落差最大的节点位置处于其它半导体的前后两个最大掺杂浓度落差节点的中部，位置误差≦±20%；或者M个半导体按照相邻距离远近的顺序，各自掺杂浓度落差最大的节点位置相互等间距的错开，位置误差≦±30%。其中，取其中最接近于M/2的整数数量个半导体为：当M为偶数时，直接取M/2，当M为奇数时，取M/2商的整数加1，如M为5时，商为2.5，此时取商的整数2加1，即3。
进一步，半导体材质为硬质，或者为软质，每一根半导体电流横截面为圆形或矩形，每一根半导体外观为薄膜状或细丝状。
进一步，调整非均匀掺杂半导体在电流方向单位长度内的掺杂浓度变化率，或调整起始掺杂浓度基础，或调整平均掺杂浓度，以调节工作状态下虚拟超导体内部的平衡温度；在整个工作过程中，按照各个时间段的实际工作电流I的算术平均值，或者均方根值，确定电流水平I0，调整配置半导体单位长度内的掺杂浓度变化率，或者起始掺杂浓度基础，或平均掺杂浓度，使得在该I0电流水平下，虚拟超导体内部温度平衡稳定之后的半导体实际温度水平Ts，与外部环境温度Te的差距≦±30℃。
采用上述方案后，本专利技术外部连接导线的半导体属性跟与其连接的半导体端部半导体属性相同；绝缘隔热层包覆在半导体上及包覆在半导体与外部连接导线连接处，半导体与外部环境形成热隔离。
半导体在电流通过条件下产生焦耳热，对应消耗一部分电功率，产生对应的焦耳热功率Qi，也可以理解为在电流I条件下，对应消耗一部分电压Ui。
半导体沿宏观电流方向实施故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，吸入热功率进行热电转换。利用半导体热电效应来发电，通过半导体吸收温度热能量，转换为电能，也可以理解为在电流I条件下，沿某一方向产生一个电压增量Uo，对应输出一部分电功率Po。
半导体在电流流过的同时，既消耗电压Ui产生焦耳热功率Qi，又同时吸热发电，产生电压增量Uo和输出电功率Po。电阻单纯消耗的电功率被发电产生的电功率补充，等同于电阻减小。
半导体产生和消耗的电压近乎相等，即Uo≈Ui，该半导体的电阻发热耗电量接近于零，在电路中的等效电阻值R’变小，接近于零，为一个近似的虚拟超导体。
附图说明
图1a至图1c为本专利技术一整根不同属性半导体掺杂浓度方向示意图；
图2a至图2c为本专利技术一根划分为多段不同属性半导体掺杂浓度方向示意图；
图3为本专利技术的结构示意图；
图4a至图4c为本专利技术半导体两端与外部连接导线连接示意图；
图5为本专利技术第一实施例的结构示意图；
图6为本专利技术第二实施例的结构示意图；
图7为本专利技术第三实施例的结构示意图。
标号说明
半导体1绝缘隔热层2
外部连接导线3电绝缘导热层4。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细描述。
参阅图1a至图7所示，本专利技术揭示的一种电阻率近似为零的虚拟超导体，包括半导体1、绝缘隔热层2及外部连接导线3。
半导体1沿宏观电流方向实施故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，如图1a至图1c以及图2a至图2c所示。
半导体1两端分别连接外部连接导线3，优选为：外部连接导线3的半导体属性跟与其连接的半导体1端部半导体属性相同，如图4a及图4b所示。通常外部连接导线3为金属导线，如图4c所示。实际实施过程中因为不容易找到半导体属性相同的外部连接导线3，甚至可能是金属或其它几乎没有明显半导体属性的导体，因而这个要求往往是难以直接达成的。而且，即便达成该要求，整个虚拟超导体的特性虽然得以较好地维持，但导线最终还是需要连接到负载或其它金属导体等等，也会出现半导体属性的落差，将会导致在外部其它位置出现帕尔帖热和汤姆逊热损耗，对于整个电路来说，虚拟超导体只是相当于把功率损耗搬移到外部，却没能实际消除或减小，就没有明显的意义了。因此本说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：包括半导体、绝缘隔热层及外部连接导线；半导体沿宏观电流方向实施故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布；半导体端部分别连接外部连接导线作为电流的引入端及引出端；绝缘隔热层包覆在半导体上及包覆在半导体与外部连接导线连接处，半导体与外部环境形成热隔离。

【技术特征摘要】
1.一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：包括半导体、绝缘隔热层及外部连接导线；半导体沿宏观电流方向实施故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布；半导体端部分别连接外部连接导线作为电流的引入端及引出端；绝缘隔热层包覆在半导体上及包覆在半导体与外部连接导线连接处，半导体与外部环境形成热隔离。
2.如权利要求1所述的一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：绝缘隔热层与半导体之间设置电绝缘导热层；半导体设置为多个时，相邻的半导体之间设置电绝缘导热层。
3.如权利要求1或2所述的一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：外部连接导线的半导体属性跟与其连接的半导体端部半导体属性相同。
4.如权利要求1或2所述的一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：实施非均匀掺杂的整根半导体或同一根划分为多段之后的所有段或者部分段半导体，沿同一宏观电流方向实施杂质浓度单调连续增大或单调连续减小的半导体故意非均匀掺杂处理；掺杂处理后的该整根或该段半导体，沿宏观电流矢量正方向从一端到另一端具备从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P的杂质浓度单调连续过渡变化的特征，两端的半导体属性强弱程度或属性类型具备差异。
5.如权利要求4所述的一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：电流方向串联≧2根非均匀掺杂的半导体时，任意一个整根单调变化掺杂的半导体两端的掺杂浓度，与串联方向所有同样整根单调变化掺杂半导体的对应两端平均掺杂浓度的误差，与该端平均掺杂浓度的比值≦±50%；一根半导体划分为多段之后实施单调变化掺杂的任意一半导体段两端的掺杂浓度，与串联方向所有同样划分为多段之后实施单调变化掺杂的半导体段对应两端的平均掺杂浓度的误差，与该端平均掺杂浓度的比值≦±50%。
6.如权利要求1或2所述的一种电阻率近似为零的虚拟超导体，其特征在于：半导体配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶磊，
申请(专利权)人：厦门兰智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35