Термоэлектрлік салқындату модульдерінің соңғы жетістіктері
I. Материалдар мен өнімділік шектеулері бойынша серпінді зерттеулер
1. «Фонондық шыны – электрондық кристалл» ұғымының тереңдеуі: •
Соңғы жетістік: Зерттеушілер жоғары өнімді есептеу және машиналық оқыту арқылы өте төмен торлы жылу өткізгіштігі және жоғары Зеебек коэффициенті бар әлеуетті материалдарды скринингтеу процесін жеделдетті. Мысалы, олар күрделі кристалды құрылымдары және тор тәрізді қосылыстары бар Zintl фазалық қосылыстарын (мысалы, YbCd2Sb2) анықтады, олардың ZT мәндері белгілі бір температура диапазондарында дәстүрлі Bi2Te3 мәндерінен асып түседі.
«Энтропия инженериясы» стратегиясы: Электрлік қасиеттерге айтарлықтай зиян келтірмей, жылу өткізгіштігін айтарлықтай төмендету үшін фонондарды қатты шашырататын жоғары энтропиялық қорытпаларға немесе көп компонентті қатты ерітінділерге құрамдық бұзылысты енгізу термоэлектрлік құндылық көрсеткішін жақсартудың тиімді жаңа тәсіліне айналды.
2. Төмен өлшемді және наноқұрылымдардағы шекаралық жетістіктер:
Екі өлшемді термоэлектрлік материалдар: Бір қабатты/бір қабатты SnSe, MoS₂ және т.б. зерттеулер олардың кванттық шектеу әсері мен беттік күйлері өте жоғары қуат факторларына және өте төмен жылу өткізгіштікке әкелуі мүмкін екенін көрсетті, бұл өте жұқа, икемді микро-TEC, микротермоэлектрлік салқындату модульдерін, микропелтиер салқындатқыштарын (микропелтиер элементтері) жасауға мүмкіндік береді.
Нанометрлік масштабтағы интерфейс инженериясы: «Фонондық сүзгілер» ретінде түйіршік шекаралары, дислокациялар және нанофазалық тұнбалар сияқты микроқұрылымдарды дәл басқарып, жылу тасымалдағыштарды (фонондарды) таңдамалы түрде шашыратады, сонымен бірге электрондардың тегіс өтуіне мүмкіндік береді, осылайша термоэлектрлік параметрлердің (өткізгіштік, Зеебек коэффициенті, жылу өткізгіштік) дәстүрлі байланыс қатынасын бұзады.
II. Жаңа тоңазыту механизмдері мен құрылғыларын зерттеу
1. термоэлектрлік салқындату негізінде:
Бұл революциялық жаңа бағыт. Тиімді жылу сіңіруге қол жеткізу үшін электр өрісі астында иондардың (электрондардың/кемтіктіктердің орнына) миграциясы мен фазалық түрленуін (мысалы, электролиз және қатаю) пайдалану арқылы. Соңғы зерттеулер кейбір иондық гельдер немесе сұйық электролиттер төмен кернеулерде дәстүрлі TEC-терге, пелтье модульдеріне, TEC модульдеріне, термоэлектрлік салқындатқыштарға қарағанда әлдеқайда үлкен температура айырмашылықтарын тудыруы мүмкін екенін көрсетеді, бұл икемді, үнсіз және жоғары тиімді келесі буын салқындату технологияларын дамыту үшін мүлдем жаңа жол ашады.
2. Электрлік карталар мен қысым карталарын пайдаланып, тоңазытқышты миниатюризациялау әрекеттері: •
Термоэлектрлік әсердің бір түрі болмаса да, қатты денелі салқындатудың бәсекелес технологиясы ретінде материалдар (мысалы, полимерлер мен керамика) электр өрістері немесе кернеу кезінде температураның айтарлықтай өзгеруін көрсете алады. Соңғы зерттеулер электрокалориялық/қысымдық калориялық материалдарды миниатюралау және массивтеу, сондай-ақ ультра төмен қуатты микросалқындату шешімдерін зерттеу үшін TEC, Peltier модулі, термоэлектрлік салқындату модулі, Peltier құрылғысымен принциптік салыстыру және бәсекелестік жүргізуге тырысуда.
III. Жүйелік интеграция мен қолданбалы инновацияның шекаралары
1. «Чип деңгейіндегі» жылуды тарату үшін чип ішіндегі интеграция:
Соңғы зерттеулер микро TEC интеграциясына бағытталғанмикро термоэлектрлік модуль， (термоэлектрлік салқындату модулі), пельтье элементтері және кремний негізіндегі чиптер монолитті түрде (бір чипте). MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) технологиясын қолдана отырып, микромасштабты термоэлектрлік баған массивтері чиптің артқы жағында тікелей жасалады, бұл CPU/GPU жергілікті ыстық нүктелері үшін «нүктеден нүктеге» нақты уақыт режимінде белсенді салқындатуды қамтамасыз етеді, бұл фон Нейман архитектурасы бойынша термиялық бөгеттен өтеді деп күтілуде. Бұл болашақ есептеу қуаты чиптерінің «жылу қабырғасы» мәселесіне түпкілікті шешімдердің бірі болып саналады.
2. Киілетін және икемді электроникаға арналған өздігінен жұмыс істейтін жылу басқаруы:
Термоэлектрлік энергия өндіру мен салқындатудың қос функцияларын біріктіру. Соңғы жетістіктерге созылатын және жоғары беріктікке ие икемді термоэлектрлік талшықтарды әзірлеу кіреді. Бұлар температура айырмашылығын пайдалану арқылы тек киілетін құрылғылар үшін электр энергиясын ғана өндіріп қоймай, сонымен қатар...сонымен қатар кері ток арқылы жергілікті салқындатуға (мысалы, арнайы жұмыс киімдерін салқындату) қол жеткізуге боладыинтеграцияланған энергия және жылу басқаруына қол жеткізу.
3. Кванттық технология мен биосенсорлаудағы дәл температураны бақылау:
Кванттық биттер және жоғары сезімталдықты сенсорлар сияқты озық салаларда мК (милликельвин) деңгейінде аса дәл температураны бақылау өте маңызды. Соңғы зерттеулер өте жоғары дәлдіктегі (±0,001°C) көп сатылы TEC, көп сатылы пельтье модулі (термоэлектрлік салқындату модулі) жүйелеріне бағытталған және белсенді шуды басу үшін TEC модулін, пельтье құрылғысын, пельтье салқындатқышын пайдалануды зерттейді, кванттық есептеу платформалары мен бір молекулалы анықтау құрылғылары үшін аса тұрақты жылу ортасын жасауға бағытталған.
IV. Модельдеу және оңтайландыру технологияларындағы инновациялар
Жасанды интеллектке негізделген дизайн: «материал-құрылым-өнімділік» кері дизайнын жасау үшін жасанды интеллектті (мысалы, генеративті қарсылас желілер, күшейтуді оқыту) пайдалану, кең температура диапазонында максималды салқындату коэффициентіне қол жеткізу үшін оңтайлы көп қабатты, сегменттелген материал құрамы мен құрылғы геометриясын болжау, зерттеу және әзірлеу циклін айтарлықтай қысқарту.
Қысқаша мазмұны:
Пельтиер элементінің, термоэлектрлік салқындату модулінің (TEC модулі) соңғы ғылыми жетістіктері «жетілдіруден» «трансформацияға» ауысуда. Негізгі ерекшеліктері келесідей: •
Материалдық деңгей: Көлемді қоспалаудан бастап атомдық деңгейдегі интерфейстерге және энтропия инженериясын басқаруға дейін •
Негізгі деңгейде: электрондарға сүйенуден бастап иондар мен полярондар сияқты жаңа заряд тасымалдаушыларды зерттеуге дейін.
Интеграция деңгейі: Дискретті компоненттерден чиптермен, маталармен және биологиялық құрылғылармен терең интеграцияға дейін.
Мақсатты деңгей: Макродеңгейдегі салқындатудан кванттық есептеулер және интеграцияланған оптоэлектроника сияқты озық технологиялардың жылулық басқару мәселелерін шешуге көшу.
Бұл жетістіктер болашақ термоэлектрлік салқындату технологияларының тиімдірек, миниатюралық, ақылды және келесі буын ақпараттық технологияларының, биотехнологиясының және энергетикалық жүйелерінің негізіне терең интеграцияланған болатынын көрсетеді.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 4 наурыз
