آخرین دستاوردهای توسعه ماژول‌های خنک‌کننده ترموالکتریک

آخرین دستاوردهای توسعه ماژول‌های خنک‌کننده ترموالکتریک

I. تحقیقات پیشگامانه در مورد مواد و محدودیت‌های عملکرد

۱. تعمیق مفهوم «شیشه فونونی - کریستال الکترونیکی»: •

آخرین دستاورد: محققان فرآیند غربالگری مواد بالقوه با رسانایی حرارتی شبکه‌ای بسیار پایین و ضریب سیبک بالا را از طریق محاسبات با توان عملیاتی بالا و یادگیری ماشینی تسریع کرده‌اند. به عنوان مثال، آنها ترکیبات فاز Zintl (مانند YbCd2Sb2) را با ساختارهای کریستالی پیچیده و ترکیبات قفسی شکل کشف کردند که مقادیر ZT آنها در محدوده‌های دمایی خاص از Bi2Te3 سنتی بیشتر است. •

استراتژی «مهندسی آنتروپی»: معرفی بی‌نظمی ترکیبی در آلیاژهای با آنتروپی بالا یا محلول‌های جامد چند جزئی، که فونون‌ها را به شدت پراکنده می‌کند تا رسانایی حرارتی را به طور قابل توجهی کاهش دهد بدون اینکه خواص الکتریکی را به طور جدی به خطر بیندازد، به یک رویکرد جدید و مؤثر برای افزایش عدد شایستگی ترموالکتریک تبدیل شده است.

۲. پیشرفت‌های پیشرو در ساختارهای کم‌بعد و نانوساختارها:

مواد ترموالکتریک دوبعدی: مطالعات روی SnSe، MoS₂ و غیره نشان داده است که اثر محدودیت کوانتومی و حالت‌های سطحی آنها می‌تواند منجر به ضرایب توان بسیار بالا و رسانایی حرارتی بسیار پایین شود و امکان ساخت میکرو-TECهای فوق‌العاده نازک و انعطاف‌پذیر، ماژول‌های خنک‌کننده میکرو ترموالکتریک، خنک‌کننده‌های میکرو پلتیر (عناصر میکرو پلتیر) را فراهم کند.

مهندسی سطح مشترک در مقیاس نانومتر: کنترل دقیق ریزساختارهایی مانند مرزدانه‌ها، نابجایی‌ها و رسوبات نانوفاز، به عنوان "فیلترهای فونونی"، پراکندگی انتخابی حامل‌های حرارتی (فونون‌ها) در حالی که به الکترون‌ها اجازه عبور روان می‌دهند، و در نتیجه شکستن رابطه کوپلینگ سنتی پارامترهای ترموالکتریک (رسانایی، ضریب سیبک، رسانایی حرارتی).

دوم. کاوش در سازوکارها و دستگاه‌های جدید تبرید

۱. خنک‌سازی ترموالکتریک مبتنی بر سیستم:

این یک مسیر انقلابی جدید است. با استفاده از مهاجرت و تبدیل فاز (مانند الکترولیز و انجماد) یون‌ها (به جای الکترون‌ها/حفره‌ها) تحت یک میدان الکتریکی برای دستیابی به جذب حرارت کارآمد. آخرین تحقیقات نشان می‌دهد که ژل‌های یونی خاص یا الکترولیت‌های مایع می‌توانند اختلاف دمای بسیار بیشتری نسبت به TEC های سنتی، ماژول‌های پلتیر، ماژول‌های TEC، خنک‌کننده‌های ترموالکتریک، در ولتاژهای پایین ایجاد کنند و مسیری کاملاً جدید برای توسعه فناوری‌های خنک‌کننده نسل بعدی انعطاف‌پذیر، بی‌صدا و بسیار کارآمد باز کنند.

۲. تلاش برای کوچک‌سازی تبرید با استفاده از کارت‌های الکتریکی و کارت‌های فشار: •

اگرچه این مواد (مانند پلیمرها و سرامیک‌ها) به عنوان یک فناوری رقیب برای خنک‌سازی حالت جامد، شکلی از اثر ترموالکتریک نیستند، اما می‌توانند تغییرات دمایی قابل توجهی را تحت میدان‌های الکتریکی یا تنش از خود نشان دهند. جدیدترین تحقیقات در تلاش است تا مواد الکتروکالریک/پرسورکالریک را کوچک‌سازی و آرایه‌بندی کند و یک مقایسه و رقابت مبتنی بر اصول با TEC، ماژول پلتیر، ماژول خنک‌سازی ترموالکتریک و دستگاه پلتیر انجام دهد تا راه‌حل‌های میکرو-خنک‌سازی با توان بسیار کم را بررسی کند.

III. مرزهای یکپارچه‌سازی سیستم و نوآوری در کاربرد

۱. یکپارچه‌سازی روی تراشه برای اتلاف گرما در سطح تراشه:

آخرین تحقیقات بر ادغام میکرو TEC تمرکز داردماژول میکرو ترموالکتریک، (ماژول خنک‌کننده ترموالکتریک)، عناصر پلتیر و تراشه‌های مبتنی بر سیلیکون به صورت یکپارچه (در یک تراشه واحد). با استفاده از فناوری MEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی)، آرایه‌های ستونی ترموالکتریک در مقیاس میکرو مستقیماً در پشت تراشه ساخته می‌شوند تا خنک‌سازی فعال "نقطه به نقطه" را به صورت بلادرنگ برای نقاط داغ محلی CPUها/GPUها فراهم کنند، که انتظار می‌رود از تنگنای حرارتی تحت معماری فون نویمان عبور کند. این یکی از راه‌حل‌های نهایی برای مشکل "دیوار حرارتی" تراشه‌های قدرت محاسباتی آینده محسوب می‌شود.

۲. مدیریت حرارتی خود-تغذیه برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی و انعطاف‌پذیر:

ترکیب عملکردهای دوگانه تولید انرژی ترموالکتریک و خنک‌سازی. آخرین دستاوردها شامل توسعه الیاف ترموالکتریک انعطاف‌پذیر و کشسان با استحکام بالا است. این الیاف نه تنها می‌توانند با استفاده از اختلاف دما، برق را برای دستگاه‌های پوشیدنی تولید کنند، بلکه می‌توانند ...، بلکه از طریق جریان معکوس به خنک‌سازی موضعی (مانند خنک‌سازی لباس‌های کار ویژه) نیز دست می‌یابد.， دستیابی به مدیریت یکپارچه انرژی و حرارتی.

۳. کنترل دقیق دما در فناوری کوانتومی و حسگرهای زیستی:

در زمینه‌های پیشرفته‌ای مانند بیت‌های کوانتومی و حسگرهای با حساسیت بالا، کنترل دمای فوق‌العاده دقیق در سطح mK (میلی‌کلوین) ضروری است. آخرین تحقیقات بر روی سیستم‌های TEC چند مرحله‌ای، ماژول پلتیر چند مرحله‌ای (ماژول خنک‌کننده ترموالکتریک) با دقت بسیار بالا (±0.001 درجه سانتیگراد) تمرکز دارد و استفاده از ماژول TEC، دستگاه پلتیر، خنک‌کننده پلتیر، را برای حذف نویز فعال بررسی می‌کند و هدف آن ایجاد یک محیط حرارتی فوق‌العاده پایدار برای پلتفرم‌های محاسبات کوانتومی و دستگاه‌های تشخیص تک مولکولی است.

چهارم. نوآوری در فناوری‌های شبیه‌سازی و بهینه‌سازی

طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی: استفاده از هوش مصنوعی (مانند شبکه‌های مولد تخاصمی، یادگیری تقویتی) برای طراحی معکوس «ماده-ساختار-عملکرد»، پیش‌بینی ترکیب بهینه مواد چندلایه و قطعه‌بندی‌شده و هندسه دستگاه برای دستیابی به حداکثر ضریب خنک‌کننده در یک محدوده دمایی وسیع، که به طور قابل توجهی چرخه تحقیق و توسعه را کوتاه می‌کند.

خلاصه:

آخرین دستاوردهای تحقیقاتی المان پلتیر، ماژول خنک‌کننده ترموالکتریک (ماژول TEC) از «بهبود» به «تحول» در حال حرکت است. ویژگی‌های کلیدی به شرح زیر است: •

سطح مواد: از آلایش حجمی تا فصل مشترک‌های سطح اتمی و کنترل مهندسی آنتروپی. •

در سطح بنیادی: از تکیه بر الکترون‌ها گرفته تا کاوش حامل‌های بار جدید مانند یون‌ها و پولارون‌ها.

سطح ادغام: از اجزای گسسته تا ادغام عمیق با تراشه‌ها، پارچه‌ها و دستگاه‌های بیولوژیکی.

سطح هدف: حرکت از خنک‌سازی در سطح کلان به سمت پرداختن به چالش‌های مدیریت حرارتی فناوری‌های پیشرفته مانند محاسبات کوانتومی و الکترونیک نوری یکپارچه.

این پیشرفت‌ها نشان می‌دهد که فناوری‌های خنک‌کننده ترموالکتریک آینده، کارآمدتر، کوچک‌تر، هوشمندتر و عمیقاً در هسته فناوری اطلاعات نسل بعدی، بیوتکنولوژی و سیستم‌های انرژی ادغام خواهند شد.