Termoelektrik soyutma sənayesinin yeni inkişaf istiqaməti

Termoelektrik soyutma sənayesinin yeni inkişaf istiqaməti

Termoelektrik soyutma modulları kimi də tanınan termoelektrik soyuducular, hərəkət edən hissələrin olmaması, dəqiq temperatur nəzarəti, kiçik ölçü və yüksək etibarlılıq kimi xüsusiyyətlərinə görə müəyyən sahələrdə əvəzolunmaz üstünlüklərə malikdir. Son illərdə bu sahədə əsas materiallarda heç bir dağıdıcı irəliləyiş olmayıb, lakin material optimallaşdırması, sistem dizaynı və tətbiqin genişləndirilməsində əhəmiyyətli irəliləyişlər əldə edilib.

Aşağıdakılar bir neçə əsas yeni inkişaf istiqamətləridir:

I. Əsas Materiallar və Cihazlarda İrəliləyişlər

Termoelektrik materialların performansının davamlı optimallaşdırılması

Ənənəvi materialların optimallaşdırılması (Bi₂Te₃ əsaslı): Bizmut tellur birləşmələri otaq temperaturuna yaxın ən yaxşı performans göstərən materiallar olaraq qalır. Hazırkı tədqiqatın əsas məqsədi nanosölçmə, aşqarlama və teksturalaşdırma kimi proseslər vasitəsilə onun termoelektrik dəyərinin daha da artırılmasıdır. Məsələn, fonon səpələnməsini artırmaq və istilik keçiriciliyini azaltmaq üçün nanotellər və super qəfəs strukturları istehsal etməklə səmərəlilik elektrik keçiriciliyinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir etmədən artırıla bilər.

Yeni materialların araşdırılması: Hələlik geniş miqyasda kommersiya baxımından mövcud olmasa da, tədqiqatçılar müəyyən temperatur zonalarında Bi₂Te₃-dan daha yüksək potensiala malik ola biləcək SnSe, Mg₃Sb₂ və CsBi₄Te₆ kimi yeni materialları araşdırırlar ki, bu da gələcəkdə performans sıçrayışları ehtimalını yaradır.

Cihaz strukturunda və inteqrasiya prosesində innovasiya

Miniatürləşdirmə və yığma: İstehlakçı elektronikası (məsələn, mobil telefon istilik yayma arxa klipləri) və optik rabitə cihazları kimi mikro cihazların istilik yayma tələblərini ödəmək üçün mikro-TEC (mikro termoelektrik soyutma modulları, Miniatür termoelektrik modullar) istehsal prosesi getdikcə daha mürəkkəbləşir. Ölçüsü cəmi 1×1 mm və ya daha kiçik olan Peltier modulları, Peltier soyuducuları, Peltier cihazları, termoelektrik cihazlar istehsal etmək mümkündür və dəqiq yerli soyutmaya nail olmaq üçün onlar çevik şəkildə massivlərə inteqrasiya edilə bilər.

Çevik TEC modulu (peltier modulu): Bu, yeni yaranan aktual mövzudur. Çap olunmuş elektronika və elastik materiallar kimi texnologiyalardan istifadə etməklə, qeyri-müntəzəm TEC modulları, əyilə və yapışdırıla bilən peltier cihazları istehsal olunur. Bunun geyilə bilən elektron cihazlar və yerli biotibb (məsələn, portativ soyuq kompreslər) kimi sahələrdə geniş perspektivləri var.

Çoxsəviyyəli struktur optimallaşdırması: Daha böyük temperatur fərqi tələb edən ssenarilər üçün çoxmərhələli TEC modulu, çoxmərhələli termoelektrik soyutma modulları əsas həll yolu olaraq qalır. Mövcud irəliləyiş mərhələlərarası istilik müqavimətini azaltmaq, ümumi etibarlılığı və maksimum temperatur fərqini artırmaq məqsədi daşıyan struktur dizaynı və yapışdırma proseslərində əks olunur.

II. Sistem Səviyyəli Tətbiqlərin və Həllərin Genişləndirilməsi

Bu, hazırda yeni inkişafların birbaşa müşahidə edilə biləcəyi ən dinamik sahədir.

İstilik yayma texnologiyasının birgə təkamülü

TEC modulunun, termoelektrik modulun və Peltier modulunun işini məhdudlaşdıran əsas amil tez-tez isti ucdakı istilik yayma qabiliyyətidir. TEC performansının yaxşılaşdırılması yüksək səmərəli istilik udma texnologiyasının inkişafı ilə qarşılıqlı şəkildə gücləndirilir.

VC buxar kameraları/istilik boruları ilə birləşdirilmiş: İstehlakçı elektronikası sahəsində TEC modulu, Peltier cihazı tez-tez vakuum kamerası buxar kameraları ilə birləşdirilir. TEC modulu, Peltier soyuducusu aşağı temperatur zonasının aktiv şəkildə yaradılmasından məsuldur, VC isə istiliyi TEC modulunun isti ucundan, Peltier elementindən daha böyük istilik yayma qanadlarına səmərəli şəkildə yayır və "aktiv soyutma + səmərəli istilik keçiriciliyi və çıxarılması" sistem həllini formalaşdırır. Bu, oyun telefonları və yüksək səviyyəli qrafik kartları üçün istilik yayma modullarında yeni bir trenddir.

Maye soyutma sistemləri ilə birləşdirilmiş: Məlumat mərkəzləri və yüksək güclü lazerlər kimi sahələrdə TEC modulu maye soyutma sistemləri ilə birləşdirilir. Mayelərin son dərəcə yüksək xüsusi istilik tutumundan istifadə etməklə, TEC modulunun termoelektrik modulunun isti ucundakı istilik aradan qaldırılır və misli görünməmiş dərəcədə səmərəli soyutma tutumuna nail olunur.

Ağıllı idarəetmə və enerji səmərəliliyinin idarə edilməsi

Müasir termoelektrik soyutma sistemləri getdikcə yüksək dəqiqlikli temperatur sensorlarını və PID/PWM nəzarətçilərini inteqrasiya edir. Termoelektrik modulun, TEC modulunun, Peltier modulunun giriş cərəyanını/gərginliyini alqoritmlər vasitəsilə real vaxt rejimində tənzimləməklə, həddindən artıq yüklənmə və salınımların qarşısını almaqla yanaşı, enerjiyə qənaət etməklə ±0,1℃ və ya daha yüksək temperatur sabitliyinə nail olmaq mümkündür.

İmpuls iş rejimi: Bəzi tətbiqlər üçün davamlı enerji təchizatı əvəzinə impuls enerji təchizatından istifadə ani soyutma tələblərini ödəyə bilər, eyni zamanda ümumi enerji istehlakını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və istilik yükünü balanslaşdırır.

III. İnkişaf etməkdə olan və Yüksək Artımlı Tətbiq Sahələri

İstehlakçı elektronikası üçün istilik yayılması

Oyun telefonları və e-idman aksesuarları: Bu, son illərdə termoelektrik soyutma modulları, TEC modulları, pletier modulları bazarında ən böyük artım nöqtələrindən biridir. Aktiv soyutma arxa klipi, telefonun SoC-nin temperaturunu ətraf mühit temperaturundan aşağı sala bilən daxili termoelektrik modullarla (TEC modulları) təchiz olunmuşdur və oyun zamanı davamlı yüksək performanslı çıxış təmin edir.

Noutbuklar və masaüstü kompüterlər: Bəzi yüksək səviyyəli noutbuklar və qrafik kartları (məsələn, NVIDIA RTX 30/40 seriyalı istinad kartları) əsas çiplərin soyumasına kömək etmək üçün TEC modullarını, termoelektrik modulları inteqrasiya etməyə çalışmağa başlayıb.

Optik rabitə və məlumat mərkəzləri

5G/6G optik modulları: Yüksək sürətli optik modullardakı lazerlər (DFB/EML) temperatura son dərəcə həssasdır və dalğa uzunluğu sabitliyini və ötürmə keyfiyyətini təmin etmək üçün dəqiq sabit temperatur (adətən ±0.5℃ daxilində) üçün TEC tələb edir. Məlumat sürəti 800G və 1.6T-yə doğru dəyişdikcə, TEC modullarının termoelektrik mdoules, peltier soyuducuları və peltier elementlərinə tələbat və tələblər artır.

Məlumat mərkəzlərində lokal soyutma: CPUS və GPUS kimi qaynar nöqtələrə diqqət yetirməklə, hədəflənmiş təkmilləşdirilmiş soyutma üçün TEC modulundan istifadə etmək məlumat mərkəzlərində enerji səmərəliliyinin və hesablama sıxlığının artırılması üçün tədqiqat istiqamətlərindən biridir.

Avtomobil elektronikası

Nəqliyyat vasitəsinə quraşdırılmış lidar: Lidarın əsas lazer emitenti sabit işləmə temperaturu tələb edir. TEC, sərt nəqliyyat vasitəsinə quraşdırılmış mühitdə (-40℃ - +105℃) normal işləməsini təmin edən əsas komponentdir.

Ağıllı kabinlər və yüksək səviyyəli məlumat-əyləncə sistemləri: Nəqliyyat vasitələrində quraşdırılan çiplərin artan hesablama gücü ilə onların istilik yayma tələbləri tədricən istehlakçı elektronikasının tələbləri ilə uyğunlaşır. TEC modulu və TE soyuducusunun gələcək yüksək səviyyəli nəqliyyat vasitələri modellərində tətbiq olunması gözlənilir.

Tibbi və həyat elmləri

PCR cihazları və DNT sekvenserləri kimi portativ tibbi cihazlar sürətli və dəqiq temperatur dövriyyəsi tələb edir və TEC, Peltier modulu əsas temperatur nəzarət komponentidir. Avadanlıqların miniatürləşdirilməsi və daşına bilməsi trendi mikro və səmərəli TEC, Peltier soyuducularının inkişafına təkan vermişdir.

Gözəllik cihazları: Bəzi yüksək səviyyəli gözəllik cihazları dəqiq soyuq və isti kompres funksiyalarına nail olmaq üçün TEC-in Peltier effektindən, yəni Peltier cihazından istifadə edir.

Aerokosmik və xüsusi mühitlər

İnfraqırmızı detektorun soyudulması: Hərbi, aerokosmik və elmi tədqiqat sahələrində səs-küyü azaltmaq üçün infraqırmızı detektorların son dərəcə aşağı temperaturlara (məsələn, -80℃-dən aşağı) qədər soyudulması lazımdır. Çoxmərhələli TEC modulu, çoxmərhələli Peltier modulu, çoxmərhələli termoelektrik modul bu məqsədə çatmaq üçün miniatürləşdirilmiş və yüksək etibarlı bir həlldir.

Peyk yükünün temperatur nəzarəti: Peyklərdə dəqiq cihazlar üçün sabit istilik mühiti təmin etmək.

Iv. Qarşılaşan çətinliklər və gələcək perspektivlər

Əsas çətinlik: Ənənəvi kompressor soyutma sistemləri ilə müqayisədə TEC modulu Peltier modulunun (termoelektrik modul) nisbətən aşağı enerji səmərəliliyi ən böyük çatışmazlığı olaraq qalır. Onun termoelektrik soyutma səmərəliliyi Carnot dövrəsindən daha aşağıdır.

Gələcək baxış

Material sahəsində irəliləyiş əsas məqsəddir: əgər otaq temperaturuna yaxın 3.0 və ya daha yüksək termoelektrik üstünlük dəyərinə malik yeni materiallar kəşf edilərsə və ya sintez edilərsə (hazırda kommersiya Bi₂Te₃ təxminən 1.0-dir), bu, bütün sənayedə inqilaba səbəb olacaq.

Sistem inteqrasiyası və zəka: Gələcək rəqabət daha çox "fərdi TEC performansı"ndan "TEC+ istilik yayılması + idarəetmə" ümumi sistem həllinin imkanlarına keçəcək. Proqnozlaşdırıcı temperatur nəzarəti üçün süni intellektlə birləşmə də bir istiqamətdir.

Xərclərin azaldılması və bazara nüfuz etmə: İstehsal proseslərinin və genişmiqyaslı istehsalın yetkinləşməsi ilə TEC-in xərclərinin daha da azalması və bununla da daha orta səviyyəli və hətta kütləvi bazarlara nüfuz etməsi gözlənilir.

Xülasə, qlobal termoelektrik soyuducu sənayesi hazırda tətbiq yönümlü və əməkdaşlıq innovasiya inkişafı mərhələsindədir. Əsas materiallarda heç bir inqilabi dəyişiklik olmasa da, mühəndislik texnologiyasının inkişafı və yuxarı və aşağı axın texnologiyaları ilə dərin inteqrasiya sayəsində TEC modulu Peltier modulu, Peltier soyuducusu getdikcə artan sayda inkişaf etməkdə olan və yüksək dəyərli sahələrdə əvəzolunmaz mövqe tapır və güclü canlılıq nümayiş etdirir.