کاربرد مواد ترموالکتریک در حوزه‌های پیشرفته به سرعت در حال پیشرفت است که ناشی از پیشرفت‌های تحول‌آفرین در علم مواد است.

کاربرد مواد ترموالکتریک جدید در حوزه‌های پیشرفته، به سرعت در حال پیشرفت است که ناشی از پیشرفت‌های تحول‌آفرین در علم مواد است. نکته قابل توجه این است که ادغام هم‌افزایی انعطاف‌پذیری و کوچک‌سازی، فناوری‌های خنک‌کننده ترموالکتریک را از محدودیت‌های معماری‌های سفت و سخت مرسوم رها کرده و در نتیجه مرزهای کاربردی جدیدی را در بخش‌های مختلف فناوری پیشرفته گشوده است:

کاربردهای پوست الکترونیکی انعطاف‌پذیر و مراقبت‌های بهداشتی

ظهور مواد ترموالکتریک انعطاف‌پذیر معدنی - مانند کامپوزیت‌های مبتنی بر بیسموت تلورید (Bi₂Te₃) و کالکوژنیدهای نقره - بر بده‌بستان دیرینه بین عملکرد ترموالکتریک بالا و تغییر شکل‌پذیری مکانیکی غلبه کرده است.

کاهش نقاط داغ در مقیاس میکرو: خنک‌کننده‌های ترموالکتریک مبتنی بر Bi₂Te₃ فوق نازک، ماژول‌های خنک‌کننده ترموالکتریک (ماژول‌های Peltier) تحت حداقل جریان ورودی (مثلاً ۸۴ میلی‌آمپر) به کاهش دما بیش از ۱۰ درجه سانتیگراد دست می‌یابند، با زمان پاسخ حرارتی فوق‌العاده سریع تقریباً ۲۵ میکروثانیه. این امر مدیریت حرارتی دقیق و موضعی را برای مدارهای مجتمع با چگالی توان بالا امکان‌پذیر می‌کند و در نتیجه قابلیت اطمینان تراشه و پایداری عملیاتی را افزایش می‌دهد.

دستگاه‌های پزشکی پوشیدنی و کاشتنی: به دلیل چسبندگی تطبیقی ​​آنها به بافت‌های بیولوژیکی - شبیه به پوست الکترونیکی - دستگاه‌های ترموالکتریک انعطاف‌پذیر، دستگاه‌های پلتیر (ماژول‌های ترموالکتریک) دو عملکرد دارند: (۱) برداشت انرژی حرارتی از گرادیان‌های بدن-محیط برای تأمین انرژی حسگرهای زیست‌پزشکی بسیار کم‌مصرف (مانند مانیتورهای مداوم ضربان قلب)؛ و (۲) امکان سنجش حرارتی با دقت بالا و تفکیک مکانی برای تشخیص زودهنگام التهاب موضعی، ارزیابی ناهنجاری‌های پرفیوژن خون محیطی و تنظیم حرارتی فعال در دستگاه‌های کاشتنی نسل بعدی - از جمله رابط‌های عصبی و رابط‌های مغز-کامپیوتر.

محیط‌های خشن و سیستم‌های هوافضا

بلوغ صنعتی نیمه‌رساناهای نسل سوم با شکاف باند وسیع - به‌ویژه کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیوم (GaN) - به تدریج پوشش عملیاتی دستگاه‌های نیمه‌رسانا، ماژول‌های ترموالکتریک، ماژول‌های TEC (ماژول‌های پلتیر) را به شرایط سخت گسترش می‌دهد.

حسگری دما بالا و کنترل حرارتی: ولتاژ شکست ذاتی بالا، پایداری حرارتی استثنایی و تحمل تابش SiC و GaN، عملکرد قوی سیستم‌های حسگری دما و کنترل حرارتی فعال را در محیط‌های حساس - از جمله پلتفرم‌های هوافضا و نظارت بر فرآیندهای صنعتی با دمای بالا - که در آن‌ها دقت دقیق، قابلیت اطمینان و طول عمر بسیار مهم است، امکان‌پذیر می‌سازد.

رباتیک هوشمند و ادراک لمسی

نوآوری‌های مواد فراتر از مدیریت حرارتی گسترش می‌یابند و زیربنای پیشرفت‌های جامع در الکترونیک انعطاف‌پذیر را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، محققان یک حسگر لمسی ماتریس فعال با استفاده از نیمه‌رساناهای دوبعدی فوق نازک و مطابق با مکانیک (مثلاً دی‌سولفید مولیبدن) ساخته‌اند. این حسگر هنگامی که روی گیره‌های رباتیک نرم ادغام می‌شود، محرک‌های فشار در سطح زیر میلی‌پاسکال - معادل نیروی ملایم جریان هوا بر روی پوست انسان - را تشخیص می‌دهد و در نتیجه به ماشین‌ها دقت لمسی شبیه به انسان می‌بخشد. همگرایی چنین درک لمسی با دقت بالا با کنترل حرارتی تطبیقی، یک پلتفرم سخت‌افزاری اساسی برای سیستم‌های رباتیک بیومیمتیک و خودمختار آینده ایجاد می‌کند.

ترجمه صنعتی و حاکمیت فناوری داخلی

در داخل کشور، تلاش‌های هماهنگ مؤسسات تحقیقاتی و ذینفعان صنعت، انتقال نوآوری‌های مواد در مقیاس آزمایشگاهی به محصولات تجاری قابل دوام را تسریع می‌کند. یک نمونه بارز، موسسه سرامیک شانگهای، آکادمی علوم چین است که چندین اختراع در مورد ترموالکتریک‌های معدنی پلاستیکی را مجوز داده است - که استقرار آنها را در تثبیت حرارتی ماژول نوری، اتلاف حرارت پیشرفته در سطح تراشه و کاربردهای میکروحسگر خود-توان تسهیل می‌کند. این تحولات نشان‌دهنده پیشرفت تدریجی چین به سمت خوداتکایی فناوری در مواد نیمه‌هادی پیشرفته، کاهش وابستگی به زنجیره‌های تأمین خارجی و تقویت ظرفیت داخلی برای نوآوری استراتژیک است.