Новы кірунак развіцця тэрмаэлектрычнай халадзільнай прамысловасці
Тэрмаэлектрычныя ахаладжальнікі, таксама вядомыя як тэрмаэлектрычныя ахаладжальныя модулі, маюць незаменныя перавагі ў пэўных галінах дзякуючы сваім асаблівасцям, такім як адсутнасць рухомых частак, дакладны кантроль тэмпературы, невялікі памер і высокая надзейнасць. У апошнія гады не адбылося ніякіх рэвалюцыйных прарываў у распрацоўцы базавых матэрыялаў у гэтай галіне, але значны прагрэс быў дасягнуты ў аптымізацыі матэрыялаў, праектаванні сістэм і пашырэнні прымянення.
Ніжэй прыведзены некалькі асноўных новых напрамкаў развіцця:
I. Дасягненні ў галіне асноўных матэрыялаў і прылад
Пастаянная аптымізацыя характарыстык тэрмаэлектрычных матэрыялаў
Аптымізацыя традыцыйных матэрыялаў (на аснове Bi₂Te₃): злучэнні вісмута і тэлуру застаюцца найлепшымі матэрыяламі пры тэмпературы паблізу пакаёвай. Цяперашнія даследаванні сканцэнтраваны на далейшым павышэнні іх тэрмаэлектрычнай каштоўнасці з дапамогай такіх працэсаў, як нанаразмеркаванне, легіраванне і тэкстураванне. Напрыклад, шляхам вытворчасці нанаправадоў і звышрашотак для паляпшэння рассейвання фанонаў і зніжэння цеплаправоднасці можна павысіць эфектыўнасць без істотнага ўплыву на электраправоднасць.
Даследаванне новых матэрыялаў: Нягледзячы на тое, што яны пакуль не даступныя ў камерцыйнай вытворчасці ў вялікіх маштабах, даследчыкі вывучаюць новыя матэрыялы, такія як SnSe, Mg₃Sb₂ і CsBi₄Te₆, якія могуць мець большы патэнцыял, чым Bi₂Te₃, у пэўных тэмпературных зонах, што адкрывае магчымасць для будучага павышэння прадукцыйнасці.
Інавацыі ў структуры прылады і працэсе інтэграцыі
Мініяцюрызацыя і кампазіцыя: каб задаволіць патрабаванні да цеплааддачы мікрапрылад, такіх як бытавая электроніка (напрыклад, заціскі для цеплааддачы мабільных тэлефонаў) і прылады аптычнай сувязі, працэс вытворчасці мікра-TEC (мікратэрмаэлектрычных модуляў астуджэння, мініяцюрных тэрмаэлектрычных модуляў) становіцца ўсё больш складаным. Можна вырабляць модулі Пельцье, кулеры Пельцье, прылады Пельцье, тэрмаэлектрычныя прылады памерам усяго 1×1 мм або нават менш, і іх можна гнутка інтэграваць у масівы для дасягнення дакладнага лакальнага астуджэння.
Гнуткі модуль TEC (модуль Пельцье): гэта новая актуальная тэма. Выкарыстоўваючы такія тэхналогіі, як друкаваная электроніка і гнуткія матэрыялы, вырабляюцца неплоскія модулі TEC, прылады Пельцье, якія можна згінаць і склейваць. Гэта мае шырокія перспектывы ў такіх галінах, як носімныя электронныя прылады і лакальная біямедыцына (напрыклад, партатыўныя халодныя кампрэсы).
Аптымізацыя шматузроўневай структуры: для сцэнарыяў, якія патрабуюць большай розніцы тэмператур, асноўным рашэннем застаецца шматступенчаты модуль TEC і шматступенчатыя тэрмаэлектрычныя модулі астуджэння. Сучасны прагрэс адлюстроўваецца ў канструкцыі канструкцый і працэсах злучэння, накіраваных на зніжэнне міжступенчатага цеплавога супраціву, павышэнне агульнай надзейнасці і максімальнай розніцы тэмператур.
II. Пашырэнне сістэмных прыкладанняў і рашэнняў
У цяперашні час гэта найбольш дынамічная галіна, дзе можна непасрэдна назіраць новыя распрацоўкі.
Сумесная эвалюцыя тэхналогіі рассейвання цяпла гарачых канцоў
Ключавым фактарам, які абмяжоўвае прадукцыйнасць модуля TEC, тэрмаэлектрычнага модуля, модуля Пельцье, часта з'яўляецца здольнасць рассейваць цепла на гарачым канцы. Паляпшэнне прадукцыйнасці TEC узаемна ўзмацняецца развіццём высокаэфектыўнай тэхналогіі радыятара.
У спалучэнні з паравымі камерамі/цеплавымі трубкамі VC: У галіне бытавой электронікі модуль TEC, прылада Пельцье, часта спалучаецца з паравымі камерамі з вакуумнай камерай. Модуль TEC, кулер Пельцье, адказвае за актыўнае стварэнне нізкатэмпературнай зоны, у той час як VC эфектыўна рассейвае цяпло ад гарачага канца модуля TEC, элемента Пельцье, да больш буйных рэбраў цеплааддачы, утвараючы сістэмнае рашэнне «актыўнае астуджэнне + эфектыўная цеплаправоднасць і адвод цяпла». Гэта новая тэндэнцыя ў модулях цеплааддачы для гульнявых тэлефонаў і відэакарт высокага класа.
У спалучэнні з сістэмамі вадкаснага астуджэння: У такіх галінах, як цэнтры апрацоўкі дадзеных і магутныя лазеры, модуль TEC спалучаецца з сістэмамі вадкаснага астуджэння. Выкарыстоўваючы надзвычай высокую ўдзельную цеплаёмістасць вадкасцей, цяпло на гарачым канцы тэрмаэлектрычнага модуля TEC адводзіцца, дасягаючы беспрэцэдэнтна эфектыўнай астуджальнай здольнасці.
Інтэлектуальнае кіраванне і кіраванне энергаэфектыўнасцю
Сучасныя тэрмаэлектрычныя сістэмы астуджэння ўсё часцей інтэгруюць высокадакладныя датчыкі тэмпературы і PID/PWM-кантролеры. Рэгулюючы ўваходны ток/напружанне тэрмаэлектрычнага модуля, модуля TEC, модуля Пельцье ў рэжыме рэальнага часу з дапамогай алгарытмаў, можна дасягнуць стабільнасці тэмпературы ±0,1℃ або нават вышэй, пазбягаючы перазарадкі і ваганняў, а таксама эканомячы энергію.
Імпульсны рэжым працы: у некаторых выпадках выкарыстанне імпульснага сілкавання замест бесперапыннага можа задаволіць патрэбы ў імгненным астуджэнні, адначасова значна зніжаючы агульнае спажыванне энергіі і збалансаваўшы цеплавую нагрузку.
Iii. Новыя і хуткарослыя сферы прымянення
Цеплааддача для бытавой электронікі
Гульнявыя тэлефоны і аксэсуары для кіберспорту: гэта адзін з найбуйнейшых паказчыкаў росту рынку тэрмаэлектрычных модуляў астуджэння, модуляў TEC і модуляў Pletier за апошнія гады. Актыўная задняя ахаладжальная кліпса абсталявана ўбудаванымі тэрмаэлектрычнымі модулямі (модулямі TEC), якія могуць непасрэдна падаўляць тэмпературу SoC тэлефона ніжэй за тэмпературу навакольнага асяроддзя, забяспечваючы бесперапынную высокую прадукцыйнасць падчас гульні.
Ноўтбукі і настольныя кампутары: некаторыя высакаякасныя ноўтбукі і відэакарты (напрыклад, эталонныя карты серыі NVIDIA RTX 30/40) пачалі спрабаваць інтэграваць модулі TEC, тэрмаэлектрычныя модулі, якія дапамагаюць астуджаць асноўныя чыпы.
Аптычная сувязь і цэнтры апрацоўкі дадзеных
Аптычныя модулі 5G/6G: Лазеры (DFB/EML) у высакахуткасных аптычных модулях надзвычай адчувальныя да тэмпературы і патрабуюць TEC для дакладнага падтрымання пастаяннай тэмпературы (звычайна ў межах ±0,5℃), каб забяспечыць стабільнасць даўжыні хвалі і якасць перадачы. Па меры таго, як хуткасці перадачы дадзеных дасягаюць 800G і 1,6T, попыт і патрабаванні да TEC-модуляў, тэрмаэлектрычных модуляў, ахаладжальнікаў Пельцье і элементаў Пельцье растуць.
Лакальнае астуджэнне ў цэнтрах апрацоўкі дадзеных: адным з напрамкаў даследаванняў па павышэнні энергаэфектыўнасці і шчыльнасці вылічэнняў у цэнтрах апрацоўкі дадзеных з'яўляецца засяроджванне ўвагі на такіх гарачых кропках, як працэсары і відэакарты, з выкарыстаннем модуля TEC для мэтанакіраванага палепшанага астуджэння.
Аўтамабільная электроніка
Лідар, усталяваны на транспартным сродку: асноўны лазерны выпраменьвальнік лідара патрабуе стабільнай рабочай тэмпературы. TEC з'яўляецца ключавым кампанентам, які забяспечвае яго нармальную працу ў складаных умовах усталяванага на транспартным сродку асяроддзя (ад -40℃ да +105℃).
Інтэлектуальныя кабіны пілотаў і высакаякасныя інфармацыйна-забаўляльныя сістэмы: з ростам вылічальнай магутнасці ўбудаваных у аўтамабільныя мікрасхемы іх патрабаванні да цеплааддачы паступова выраўноўваюцца з патрабаваннямі бытавой электронікі. Чакаецца, што модуль TEC, астуджэнне TE, будзе выкарыстоўвацца ў будучых мадэлях аўтамабіляў высокага класа.
Медыцынскія і біялагічныя навукі
Партатыўныя медыцынскія прылады, такія як прыборы для ПЦР і секвенатары ДНК, патрабуюць хуткага і дакладнага цыклавання тэмпературы, і модуль Пельцье з'яўляецца асноўным кампанентам кантролю тэмпературы. Тэндэнцыя мініяцюрызацыі і партатыўнасці абсталявання стымулявала распрацоўку мікра- і эфектыўнага ахаладжальніка Пельцье з выкарыстаннем элементаў Пельцье.
Прылады для прыгажосці: некаторыя высакаякасныя прылады для прыгажосці выкарыстоўваюць эфект Пельцье ад TEC, прыладу Пельцье для дасягнення дакладных функцый халоднага і гарачага сціску.
Аэракасмічная і спецыяльная асяроддзе
Астуджэнне інфрачырвоных дэтэктараў: у ваеннай, аэракасмічнай і навукова-даследчых галінах інфрачырвоныя дэтэктары неабходна астуджаць да надзвычай нізкіх тэмператур (напрыклад, ніжэй за -80℃), каб паменшыць шум. Шматступенны модуль TEC, шматступенны модуль Пельцье, шматступенны тэрмаэлектрычны модуль — гэта мініяцюрнае і вельмі надзейнае рашэнне для дасягнення гэтай мэты.
Кантроль тэмпературы карыснай нагрузкі спадарожніка: забеспячэнне стабільнага цеплавога асяроддзя для дакладных прыбораў на спадарожніках.
Iv. Сутыкнутыя праблемы і будучыя перспектывы
Асноўная праблема: адносна нізкая энергаэфектыўнасць застаецца найбольшым недахопам модуля Пельцье (тэрмаэлектрычнага модуля) TEC у параўнанні з традыцыйным кампрэсарным астуджэннем. Яго эфектыўнасць тэрмаэлектрычнага астуджэння значна ніжэйшая, чым у цыкла Карно.
Перспектывы на будучыню
Прарыў у галіне матэрыялаў — гэта канчатковая мэта: калі ўдасца адкрыць або сінтэзаваць новыя матэрыялы са значэннем тэрмаэлектрычнай перавагі 3,0 або вышэй пры пакаёвай тэмпературы (у цяперашні час камерцыйны Bi₂Te₃ мае значэнне прыблізна 1,0), гэта справакуе рэвалюцыю ва ўсёй галіне.
Сістэмная інтэграцыя і інтэлект: будучая канкурэнцыя больш зрушыцца з «індывідуальнай прадукцыйнасці TEC» да магчымасцей комплекснага сістэмнага рашэння «TEC + цеплааддача + кантроль». Спалучэнне са штучным інтэлектам для прагнастычнага кантролю тэмпературы таксама з'яўляецца адным з кірункаў.
Зніжэнне выдаткаў і пранікненне на рынак: па меры ўдасканалення вытворчых працэсаў і буйной вытворчасці чакаецца далейшае зніжэнне выдаткаў TEC, што дазволіць ёй пранікнуць на больш сярэднія і нават масавыя рынкі.
Карацей кажучы, сусветная індустрыя тэрмаэлектрычных халадзільнікаў у цяперашні час знаходзіцца на стадыі развіцця, арыентаванага на прымяненне, і сумеснага інавацыйнага развіцця. Нягледзячы на тое, што рэвалюцыйных змен у асноўных матэрыялах не адбылося, дзякуючы развіццю інжынерных тэхналогій і глыбокай інтэграцыі з папярэднімі і наступнымі тэхналогіямі, модуль Пельцье TEC, модуль Пельцье, халадзільнік Пельцье знаходзіць сваё незаменнае месца ва ўсё большай колькасці новых і высокадаходных абласцей, дэманструючы моцную жыццяздольнасць.
Час публікацыі: 30 кастрычніка 2025 г.
