Найноўшыя дасягненні ў галіне распрацоўкі тэрмаэлектрычных халадзільных модуляў

Найноўшыя дасягненні ў галіне распрацоўкі тэрмаэлектрычных халадзільных модуляў

I. Прарыўныя даследаванні ў галіне матэрыялаў і межаў прадукцыйнасці

1. Паглыбленне канцэпцыі «фаноннае шкло – электронны крышталь»: •

Апошняе дасягненне: Даследчыкі паскорылі працэс пошуку патэнцыйных матэрыялаў з надзвычай нізкай цеплаправоднасцю рашоткі і высокім каэфіцыентам Зеебека дзякуючы высокапрадукцыйным вылічэнням і машыннаму навучанню. Напрыклад, яны выявілі злучэнні фазы Цынтл (такія як YbCd2Sb2) са складанымі крышталічнымі структурамі і клетападобнымі злучэннямі, значэнні ZT якіх перавышаюць значэнні традыцыйнага Bi2Te3 у пэўных тэмпературных дыяпазонах. •

Стратэгія «энтрапійнай інжынерыі»: увядзенне кампазіцыйнага бязладдзя ў высокаэнтрапійныя сплавы або шматкампанентныя цвёрдыя растворы, які моцна рассейвае фаноны, каб значна знізіць цеплаправоднасць без сур'ёзнага пагаршэння электрычных уласцівасцей, стала эфектыўным новым падыходам да павышэння тэрмаэлектрычнай якасці.

2. Перадавыя дасягненні ў галіне нізкамерных і нанаструктурных тэхналогій:

Двухмерныя тэрмаэлектрычныя матэрыялы: даследаванні аднаслаёвых/манаслаёвых SnSe, MoS₂ і г.д. паказалі, што іх эфект квантавага ўтрымання і паверхневыя станы могуць прывесці да надзвычай высокіх каэфіцыентаў магутнасці і надзвычай нізкай цеплаправоднасці, што забяспечвае магчымасць вырабу ультратонкіх, гнуткіх мікра-ТЭМ, мікратэрмаэлектрычных модуляў астуджэння, мікраахаладжальнікаў Пельцье (мікраэлементаў Пельцье).

Нанамаштабная інжынерыя інтэрфейсаў: дакладнае кіраванне мікраструктурамі, такімі як межы зерняў, дыслакацыі і нанафазныя асадкі, у якасці «фанонных фільтраў», выбарачна рассейваючы цеплавыя носьбіты (фаноны), дазваляючы электронам плаўна праходзіць, тым самым парушаючы традыцыйную сувязь тэрмаэлектрычных параметраў (праводнасці, каэфіцыента Зеебека, цеплаправоднасці).

II. Даследаванне новых халадзільных механізмаў і прылад

1. тэрмаэлектрычнае астуджэнне на аснове:

Гэта рэвалюцыйна новы кірунак. Выкарыстоўваючы міграцыю і фазавае пераўтварэнне (напрыклад, электроліз і зацвярдзенне) іёнаў (а не электронаў/дзірак) пад уздзеяннем электрычнага поля для дасягнення эфектыўнага паглынання цяпла. Апошнія даследаванні паказваюць, што некаторыя іённыя гелі або вадкія электраліты могуць генераваць значна большыя перапады тэмператур, чым традыцыйныя ТЭМ, модулі Пельцье, модулі ТЭМ, тэрмаэлектрычныя ахаладжальнікі пры нізкіх напружаннях, адкрываючы зусім новы шлях для распрацоўкі гнуткіх, бясшумных і высокаэфектыўных тэхналогій астуджэння наступнага пакалення.

2. Спробы мініятурызацыі халадзільных сістэм з выкарыстаннем электрычных карт і карт ціску: •

Нягледзячы на ​​тое, што гэта не з'яўляецца формай тэрмаэлектрычнага эфекту, гэтыя матэрыялы (напрыклад, палімеры і кераміка) могуць праяўляць значныя ваганні тэмпературы пад уздзеяннем электрычных палёў або напружання. Найноўшыя даследаванні накіраваны на мініяцюрызацыю і размяшчэнне электракаларычных/ціскакаларычных матэрыялаў, а таксама на правядзенне прынцыповага параўнання і канкурэнцыі з ТЭК, модулем Пельцье, тэрмаэлектрычным модулем астуджэння і прыладай Пельцье з мэтай вывучэння ультранізкаэнергетычных рашэнняў для мікраастуджэння.

III. Межы сістэмнай інтэграцыі і інавацый у прыкладанні

1. Інтэграцыя на чыпе для рассейвання цяпла «на ўзроўні чыпа»:

Найноўшыя даследаванні сканцэнтраваны на інтэграцыі мікра-ТЭКмікратэрмаэлектрычны модуль， (тэрмаэлектрычны модуль астуджэння), элементы Пельцье і крэмніевыя чыпы маналітна (у адным чыпе). З выкарыстаннем тэхналогіі MEMS (мікраэлектрамеханічныя сістэмы) мікрамаштабныя тэрмаэлектрычныя масівы калон вырабляюцца непасрэдна на задняй панэлі чыпа, каб забяспечыць актыўнае астуджэнне ў рэжыме рэальнага часу "кропка-кропка" для лакальных гарачых кропак працэсараў/графічных працэсараў, што, як чакаецца, дазволіць пераадолець цеплавое вузкае месца ў архітэктуры фон Нэймана. Гэта лічыцца адным з найлепшых рашэнняў праблемы "цеплавой сценкі" будучых вылічальных чыпаў.

2. Аўтаномнае кіраванне тэмпературай для носнай і гнуткай электронікі:

Спалучэнне падвойных функцый выпрацоўкі тэрмаэлектрычнай энергіі і астуджэння. Апошнія дасягненні ўключаюць распрацоўку расцяжных і высокатрывалых гнуткіх тэрмаэлектрычных валокнаў. Яны могуць не толькі генераваць электрычнасць для носных прылад, выкарыстоўваючы розніцу тэмператур.， але таксама дасягаць лакальнага астуджэння (напрыклад, астуджэння спецыяльнай рабочай уніформы) з дапамогай зваротнага току， дасягненне інтэграванага кіравання энергіяй і цяплом.

3. Дакладны кантроль тэмпературы ў квантавай тэхналогіі і біясенсарыцы:

У такіх перадавых галінах, як квантавыя біты і высокаадчувальныя датчыкі, надзвычай дакладны кантроль тэмпературы на ўзроўні мК (мілікельвінаў) мае важнае значэнне. Найноўшыя даследаванні сканцэнтраваны на шматступенчатых сістэмах TEC, шматступенчатых модулях Пельцье (тэрмаэлектрычных модулях астуджэння) з надзвычай высокай дакладнасцю (±0,001°C) і даследуюць выкарыстанне модуля TEC, прылады Пельцье, ахаладжальніка Пельцье для актыўнага шумапрыглушэння з мэтай стварэння надзвычай стабільнага цеплавога асяроддзя для квантавых вылічальных платформаў і прылад выяўлення аднакалекулярных злучэнняў.

IV. Інавацыі ў тэхналогіях мадэлявання і аптымізацыі

Праектаванне на аснове штучнага інтэлекту: выкарыстанне штучнага інтэлекту (напрыклад, генератыўна-спаборных сетак, навучання з падмацаваннем) для зваротнага праектавання «матэрыял-структура-прадукцыйнасць», прагназаванне аптымальнага шматслаёвага, сегментаванага складу матэрыялу і геаметрыі прылады для дасягнення максімальнага каэфіцыента астуджэння ў шырокім дыяпазоне тэмператур, што значна скарачае цыкл даследаванняў і распрацовак.

Кароткі змест:

Найноўшыя дасягненні ў галіне даследаванняў элемента Пельцье, тэрмаэлектрычнага ахаладжальнага модуля (TEC-модуля), пераходзяць ад «ўдасканалення» да «пераўтварэння». Асноўныя асаблівасці наступныя: •

Матэрыяльны ўзровень: ад аб'ёмнага легіравання да інтэрфейсаў на атамным узроўні і кіравання энтрапіяй. •

На фундаментальным узроўні: ад выкарыстання электронаў да вывучэння новых носьбітаў зараду, такіх як іоны і паляроны.

Узровень інтэграцыі: ад дыскрэтных кампанентаў да глыбокай інтэграцыі з чыпамі, тканінамі і біялагічнымі прыладамі.

Мэтавы ўзровень: пераход ад астуджэння на макраўзроўні да вырашэння праблем рэгулявання тэмпературы, звязаных з перадавымі тэхналогіямі, такімі як квантавыя вылічэнні і інтэграваная оптаэлектроніка.

Гэтыя дасягненні паказваюць, што будучыя тэхналогіі тэрмаэлектрычнага астуджэння будуць больш эфектыўнымі, мініяцюрнымі, інтэлектуальнымі і глыбока інтэграванымі ў аснову інфармацыйных тэхналогій, біятэхналогій і энергетычных сістэм наступнага пакалення.