Termoelektrik soyutma modullarının ən son inkişaf nailiyyətləri

Termoelektrik soyutma modullarının ən son inkişaf nailiyyətləri

I. Materiallar və Performans Limitləri üzrə Nailiyyətli Tədqiqatlar

1. “Fonon şüşəsi – elektron kristal” anlayışının dərinləşməsi: •

Son nailiyyət: Tədqiqatçılar yüksək məhsuldarlıqlı hesablama və maşın öyrənməsi vasitəsilə son dərəcə aşağı qəfəs istilik keçiriciliyinə və yüksək Seebeck əmsalına malik potensial materialların skrininq prosesini sürətləndiriblər. Məsələn, onlar mürəkkəb kristal strukturlara və qəfəs formalı birləşmələrə malik Zintl fazalı birləşmələri (məsələn, YbCd2Sb2) kəşf ediblər ki, onların ZT dəyərləri müəyyən temperatur diapazonlarında ənənəvi Bi2Te3-ünkünü üstələyir.

“Entropiya mühəndisliyi” strategiyası: Yüksək entropiyalı ərintilərdə və ya çoxkomponentli bərk məhlullarda kompozisiya pozğunluğunun tətbiqi, elektrik xüsusiyyətlərinə ciddi şəkildə xələl gətirmədən istilik keçiriciliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq üçün fononları güclü şəkildə səpələyir və bu da termoelektrik dəyər göstəricisini artırmaq üçün təsirli yeni bir yanaşma halına gəlmişdir.

2. Aşağı Ölçülü və Nanostrukturlarda Sərhəd İrəliləyişləri:

İkiölçülü termoelektrik materiallar: Tək qatlı/tək qatlı SnSe, MoS₂ və s. üzərində aparılan tədqiqatlar göstərib ki, onların kvant məhdudlaşdırma effekti və səth halları son dərəcə yüksək güc amillərinə və son dərəcə aşağı istilik keçiriciliyinə səbəb ola bilər və bu da ultra nazik, çevik mikro-TEC-lərin, mikro termoelektrik soyutma modullarının, mikro Peltier soyuducularının (Mikro Peltier elementləri) istehsalı üçün imkan yaradır.

Nanometr miqyaslı interfeys mühəndisliyi: Dənə sərhədləri, dislokasiyalar və nanofazalı çöküntülər kimi mikrostrukturları "fonon filtrləri" kimi dəqiq idarə edərək, elektronların rahat keçməsinə imkan verərkən istilik daşıyıcılarını (fononları) selektiv şəkildə səpələyir və bununla da termoelektrik parametrlərin (keçiricilik, Seebeck əmsalı, istilik keçiriciliyi) ənənəvi əlaqə əlaqəsini pozur.

II. Yeni Soyutma Mexanizmləri və Cihazlarının Araşdırılması

1. əsaslı termoelektrik soyutma:

Bu, inqilabi yeni bir istiqamətdir. Səmərəli istilik udulmasına nail olmaq üçün elektrik sahəsi altında ionların (elektron/dəliklər əvəzinə) miqrasiyası və faza çevrilməsindən (elektroliz və bərkimə kimi) istifadə etməklə. Ən son tədqiqatlar göstərir ki, müəyyən ion gelləri və ya maye elektrolitlər aşağı gərginliklərdə ənənəvi TEC-lərdən, Peltier modullarından, TEC modullarından, Termoelektrik soyuduculardan daha böyük temperatur fərqləri yarada bilər və bu da çevik, səssiz və yüksək səmərəli yeni nəsil soyutma texnologiyalarının inkişafı üçün tamamilə yeni bir yol açır.

2. Elektrik kartları və təzyiq kartlarından istifadə edərək soyuducunun miniatürləşdirilməsi cəhdləri: •

Termoelektrik effekt forması olmasa da, bərk hal soyutma üçün rəqabət aparan bir texnologiya kimi materiallar (məsələn, polimerlər və keramika) elektrik sahələri və ya gərginlik altında əhəmiyyətli temperatur dəyişiklikləri göstərə bilər. Ən son tədqiqatlar elektrokalorik/təzyiqli kalorili materialları miniatürləşdirməyə və sıralamağa, həmçinin ultra aşağı güclü mikro-soyutma həllərini araşdırmaq üçün TEC, Peltier modulu, termoelektrik soyutma modulu, Peltier cihazı ilə prinsip əsaslı müqayisə və rəqabət aparmağa çalışır.

III. Sistem İnteqrasiyası və Tətbiqi İnnovasiyanın Sərhədləri

1. "Çip səviyyəsində" istilik yayılması üçün çip üzərində inteqrasiya:

Ən son tədqiqat mikro TEC-lərin inteqrasiyasına yönəlibmikro termoelektrik modul， (termoelektrik soyutma modulu), peltier elementləri və silikon əsaslı çiplər monolit şəkildə (tək çipdə). MEMS (Mikro-Elektro-Mexaniki Sistemlər) texnologiyasından istifadə edərək, CPU/GPU-ların yerli qaynar nöqtələri üçün "nöqtədən-nöqtəyə" real vaxt rejimində aktiv soyutma təmin etmək üçün mikromiqyaslı termoelektrik sütun massivləri birbaşa çipin arxa tərəfində hazırlanır ki, bu da Von Neumann arxitekturası altında istilik darboğazını aşması gözlənilir. Bu, gələcək hesablama gücü çiplərinin "istilik divarı" probleminin son həll yollarından biri hesab olunur.

2. Geyilə bilən və elastik elektronika üçün öz-özünə işləyən istilik idarəetməsi:

Termoelektrik enerji istehsalı və soyutmanın ikili funksiyalarını birləşdirmək. Ən son nailiyyətlərə uzanan və yüksək möhkəmliyə malik çevik termoelektrik liflərin inkişafı daxildir. Bunlar temperatur fərqlərindən istifadə etməklə yalnız geyilə bilən cihazlar üçün elektrik enerjisi istehsal edə bilməz.， eyni zamanda tərs cərəyan vasitəsilə yerli soyutmaya (məsələn, xüsusi iş formalarının soyudulması) nail olmaqinteqrasiya olunmuş enerji və istilik idarəetməsinə nail olmaq.

3. Kvant texnologiyasında və biosensasiyada dəqiq temperatur nəzarəti:

Kvant bitləri və yüksək həssaslıqlı sensorlar kimi qabaqcıl sahələrdə mK (millikelvin) səviyyəsində ultra dəqiq temperatur nəzarəti vacibdir. Ən son tədqiqatlar son dərəcə yüksək dəqiqliyə (±0,001°C) malik çoxmərhələli TEC, çoxmərhələli Peltier modulu (termoelektrik soyutma modulu) sistemlərinə yönəlib və kvant hesablama platformaları və tək molekullu aşkarlama cihazları üçün ultra sabit istilik mühiti yaratmağı hədəfləyən aktiv səs-küyün ləğvi üçün TEC modulunun, Peltier cihazının, Peltier soyuducusunun istifadəsini araşdırır.

IV. Simulyasiya və Optimallaşdırma Texnologiyalarında İnnovasiya

Süni intellekt əsaslı dizayn: Geniş temperatur diapazonunda maksimum soyutma əmsalına nail olmaq üçün optimal çoxqatlı, seqmentləşdirilmiş material tərkibini və cihaz həndəsəsini proqnozlaşdırmaqla tədqiqat və inkişaf dövrünü əhəmiyyətli dərəcədə qısaltmaqla "material-struktur-performans" tərs dizaynı üçün süni intellektdən (məsələn, generativ rəqib şəbəkələri, gücləndirmə öyrənməsi) istifadə etmək.

Xülasə:

Peltier elementi olan termoelektrik soyutma modulunun (TEC modulu) ən son tədqiqat nailiyyətləri “təkmilləşdirmədən” “transformasiyaya” doğru irəliləyir. Əsas xüsusiyyətlər aşağıdakılardır: •

Material səviyyəsi: Toplu aşqarlamadan atom səviyyəli interfeyslərə və entropiya mühəndisliyi nəzarətinə qədər. •

Fundamental səviyyədə: Elektronlara etibar etməkdən tutmuş ionlar və polyaronlar kimi yeni yük daşıyıcılarını araşdırmağa qədər.

İnteqrasiya səviyyəsi: Diskret komponentlərdən çiplər, parçalar və bioloji cihazlarla dərin inteqrasiyaya qədər.

Hədəf səviyyəsi: Makro səviyyəli soyutmadan kvant hesablama və inteqrasiya olunmuş optoelektronika kimi qabaqcıl texnologiyaların istilik idarəetmə problemlərini həll etməyə keçid.

Bu irəliləyişlər gələcək termoelektrik soyutma texnologiyalarının daha səmərəli, miniatürləşdirilmiş, ağıllı və yeni nəsil informasiya texnologiyaları, biotexnologiya və enerji sistemlərinin əsas hissəsinə dərindən inteqrasiya olunacağını göstərir.