Cele mai recente realizări în domeniul dezvoltării modulelor de răcire termoelectrică

Cele mai recente realizări în domeniul dezvoltării modulelor de răcire termoelectrică

I. Cercetări inovatoare privind materialele și limitele de performanță

1. Aprofundarea conceptului de „sticlă fononică – cristal electronic”: •

Cea mai recentă realizare: Cercetătorii au accelerat procesul de screening pentru potențiale materiale cu conductivitate termică extrem de scăzută a rețelei și coeficient Seebeck ridicat prin intermediul calculului de mare randament și al învățării automate. De exemplu, au descoperit compuși în fază Zintl (cum ar fi YbCd2Sb2) cu structuri cristaline complexe și compuși în formă de cușcă, ale căror valori ZT le depășesc pe cele ale Bi2Te3 tradițional în anumite intervale de temperatură •

Strategia de „inginerie entropică”: Introducerea dezordinii compoziționale în aliaje cu entropie ridicată sau în soluții solide multi-componente, care împrăștie puternic fononii pentru a reduce semnificativ conductivitatea termică fără a compromite serios proprietățile electrice, a devenit o nouă abordare eficientă pentru îmbunătățirea cifrei de merit termoelectrice.

2. Progrese de frontieră în structurile de dimensiuni reduse și nanostructuri:

Materiale termoelectrice bidimensionale: Studiile asupra SnSe, MoS₂ etc. cu un singur strat/monostrat au arătat că efectul lor de confinare cuantică și stările de suprafață pot duce la factori de putere extrem de mari și o conductivitate termică extrem de scăzută, oferind posibilitatea fabricării de micro-TEC-uri ultrasubțiri și flexibile. micro module de răcire termoelectrică, micro răcitoare Peltier (elemente Micro Peltier).

Ingineria interfețelor la scară nanometrică: Controlul precis al microstructurilor, cum ar fi limitele granulelor, dislocațiile și precipitatele nano-fazice, ca „filtre fononice”, împrăștiind selectiv purtătorii de căldură (fononii) permițând în același timp trecerea lină a electronilor, rupând astfel relația tradițională de cuplare a parametrilor termoelectrici (conductivitate, coeficient Seebeck, conductivitate termică).

II. Explorarea de noi mecanisme și dispozitive de refrigerare

1. răcire termoelectrică pe bază de:

Aceasta este o direcție nouă și revoluționară. Prin utilizarea migrării și transformării de fază (cum ar fi electroliza și solidificarea) ionilor (mai degrabă decât a electronilor/golurilor) sub un câmp electric pentru a obține o absorbție eficientă a căldurii. Cele mai recente cercetări arată că anumite geluri ionice sau electroliți lichizi pot genera diferențe de temperatură mult mai mari decât TEC-urile tradiționale, modulele Peltier, modulele TEC, răcitoarele termoelectrice, la tensiuni joase, deschizând o cale complet nouă pentru dezvoltarea unor tehnologii de răcire de generație următoare, flexibile, silențioase și extrem de eficiente.

2. Încercări de miniaturizare a refrigerării folosind cartele electrice și cartele de presiune: •

Deși nu reprezintă o formă de efect termoelectric, ca tehnologie concurentă pentru răcirea în stare solidă, materialele (cum ar fi polimerii și ceramica) pot prezenta variații semnificative de temperatură sub câmpuri electrice sau stres. Cele mai recente cercetări încearcă să miniaturizeze și să aranjeze materialele electrocalorice/presurocalorice și să efectueze o comparație și o concurență bazate pe principii cu TEC, modulul Peltier, modulul de răcire termoelectrică și dispozitivul Peltier, pentru a explora soluții de micro-răcire cu consum ultra-redus de energie.

III. Frontierele integrării sistemelor și inovării aplicațiilor

1. Integrare pe cip pentru disiparea căldurii „la nivel de cip”:

Cele mai recente cercetări se concentrează pe integrarea micro TECmodul microtermoelectric(modul de răcire termoelectrică), elemente Peltier și cipuri pe bază de siliciu, monolitic (într-un singur cip). Folosind tehnologia MEMS (sisteme micro-electro-mecanice), rețelele de coloane termoelectrice la scară micro sunt fabricate direct pe partea din spate a cipului pentru a oferi răcire activă în timp real „punct la punct” pentru punctele fierbinți locale ale procesoarelor/procesoarelor grafice, ceea ce se așteaptă să depășească blocajul termic din arhitectura Von Neumann. Aceasta este considerată una dintre soluțiile supreme la problema „peretelui termic” al viitoarelor cipuri de putere de calcul.

2. Management termic autoalimentat pentru electronică portabilă și flexibilă:

Combinând funcțiile duale de generare a energiei termoelectrice și răcire. Printre cele mai recente realizări se numără dezvoltarea de fibre termoelectrice flexibile, elastice și de înaltă rezistență. Acestea nu numai că pot genera electricitate pentru dispozitive purtabile prin utilizarea diferențelor de temperaturădar și prin răcire locală (cum ar fi răcirea uniformelor de lucru speciale) prin curent invers, realizând un management integrat al energiei și temperaturii.

3. Control precis al temperaturii în tehnologia cuantică și biosenzorizare:

În domenii de vârf, cum ar fi biții cuantici și senzorii de înaltă sensibilitate, controlul ultra-precis al temperaturii la nivelul mK (millikelvin) este esențial. Cele mai recente cercetări se concentrează pe sisteme TEC multi-etajate, module Peltier multi-etajate (modul de răcire termoelectrică) cu precizie extrem de mare (±0,001°C) și explorează utilizarea modulelor TEC, a dispozitivelor Peltier și a răcitorului Peltier pentru anularea activă a zgomotului, cu scopul de a crea un mediu termic ultra-stabil pentru platformele de calcul cuantic și dispozitivele de detectare a unei singure molecule.

IV. Inovație în tehnologiile de simulare și optimizare

Proiectare bazată pe inteligență artificială: Utilizarea inteligenței artificiale (cum ar fi rețelele generative adverse, învățarea prin consolidare) pentru proiectarea inversă „material-structură-performanță”, prezicând compoziția optimă a materialului segmentat, multistrat, și geometria dispozitivului pentru a obține coeficientul maxim de răcire într-un interval larg de temperatură, scurtând semnificativ ciclul de cercetare și dezvoltare.

Rezumat:

Cele mai recente realizări în cercetarea elementului Peltier, a modulului de răcire termoelectrică (modulul TEC), trec de la „îmbunătățire” la „transformare”. Caracteristicile cheie sunt următoarele: •

Nivel de material: De la doparea în vrac la interfețe la nivel atomic și controlul ingineresc al entropiei. •

La nivel fundamental: De la utilizarea electronilor la explorarea de noi purtători de sarcină, cum ar fi ionii și polaronii.

Nivel de integrare: De la componente discrete la integrare profundă cu cipuri, materiale textile și dispozitive biologice.

Nivel țintă: Trecerea de la răcirea la nivel macro la abordarea provocărilor legate de managementul termic ale tehnologiilor de ultimă generație, cum ar fi calculul cuantic și optoelectronica integrată.

Aceste progrese indică faptul că viitoarele tehnologii de răcire termoelectrică vor fi mai eficiente, miniaturizate, inteligente și profund integrate în nucleul tehnologiei informației, biotehnologiei și sistemelor energetice de generație următoare.