Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլների զարգացման վերջին նվաճումները

Ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլների զարգացման վերջին նվաճումները

I. Նյութերի և կատարողականի սահմանների վերաբերյալ առաջընթացային հետազոտություններ

1. «Ֆոնոնային ապակի՝ էլեկտրոնային բյուրեղ» հասկացության խորացումը. •

Վերջին նվաճումը. հետազոտողները արագացրել են չափազանց ցածր ցանցային ջերմահաղորդականությամբ և բարձր Զիբեկի գործակցով պոտենցիալ նյութերի սկրինինգի գործընթացը՝ բարձր թողունակությամբ հաշվարկների և մեքենայական ուսուցման միջոցով: Օրինակ, նրանք հայտնաբերել են Zintl փուլի միացություններ (օրինակ՝ YbCd2Sb2)՝ բարդ բյուրեղային կառուցվածքներով և վանդակաձև միացություններով, որոնց ZT արժեքները գերազանցում են ավանդական Bi2Te3-ի արժեքները որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքերում: •

«Էնտրոպիայի ինժեներիայի» ռազմավարություն. Բարձր էնտրոպիա ունեցող համաձուլվածքներում կամ բազմաբաղադրիչ պինդ լուծույթներում կոմպոզիցիոն անկարգության ներմուծումը, որը ուժեղորեն ցրում է ֆոնոնները՝ զգալիորեն նվազեցնելով ջերմահաղորդականությունը՝ առանց լուրջ վնաս հասցնելու էլեկտրական հատկություններին, դարձել է ջերմաէլեկտրական արժեքի բարելավման նոր արդյունավետ մոտեցում։

2. Սահմանային առաջընթացներ ցածր չափսերի և նանոկառուցվածքների ոլորտում.

Երկչափ ջերմաէլեկտրական նյութեր. Միաշերտ/մոնաշերտ SnSe, MoS₂ և այլնի վերաբերյալ ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ դրանց քվանտային սահմանափակման էֆեկտը և մակերևութային վիճակները կարող են հանգեցնել չափազանց բարձր հզորության գործակիցների և չափազանց ցածր ջերմահաղորդականության, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել գերբարակ, ճկուն միկրո-TEC-ներ, միկրո ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլներ, միկրոպելտիե սառեցուցիչներ (միկրոպելտիե տարրեր):

Նանոմետրային մասշտաբի ինտերֆեյսի ինժեներիա. միկրոկառուցվածքների, ինչպիսիք են հատիկների սահմանները, դիսլոկացիաները և նանոֆազային նստվածքները, ճշգրիտ կառավարում՝ որպես «ֆոնոնային ֆիլտրեր», ընտրողաբար ցրելով ջերմային կրիչները (ֆոնոնները)՝ միաժամանակ թույլ տալով էլեկտրոններին սահուն անցնել դրանց միջով, այդպիսով խախտելով ջերմաէլեկտրական պարամետրերի (հաղորդականություն, Զիբեկի գործակից, ջերմահաղորդականություն) ավանդական կապակցման կապը։

II. Սառնարանային նոր մեխանիզմների և սարքերի ուսումնասիրություն

1. ջերմաէլեկտրական սառեցում միացված վիճակում.

Սա հեղափոխական նոր ուղղություն է։ Օգտագործելով էլեկտրական դաշտի տակ իոնների (էլեկտրոլիզների/անցքերի փոխարեն) միգրացիան և փուլային փոխակերպումը (օրինակ՝ էլեկտրոլիզը և պնդացումը)՝ արդյունավետ ջերմության կլանման հասնելու համար։ Վերջին հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ որոշակի իոնային գելեր կամ հեղուկ էլեկտրոլիտներ կարող են առաջացնել շատ ավելի մեծ ջերմաստիճանային տարբերություններ, քան ավանդական TEC-ները, Պելտիե մոդուլները, TEC մոդուլները, ջերմաէլեկտրական սառեցուցիչները՝ ցածր լարման դեպքում, բացելով բոլորովին նոր ուղի ճկուն, անձայն և բարձր արդյունավետությամբ հաջորդ սերնդի սառեցման տեխնոլոգիաների մշակման համար։

2. Սառնարանային համակարգը փոքրացնելու փորձեր՝ օգտագործելով էլեկտրական քարտեր և ճնշման քարտեր. •

Չնայած այն ջերմաէլեկտրական էֆեկտի ձև չէ, որպես պինդ վիճակում սառեցման մրցակցող տեխնոլոգիա, նյութերը (օրինակ՝ պոլիմերները և կերամիկան) կարող են զգալի ջերմաստիճանային տատանումներ ցուցաբերել էլեկտրական դաշտերի կամ լարվածության ազդեցության տակ: Վերջին հետազոտությունները փորձում են մանրացնել և դասավորել էլեկտրակալորիկ/ճնշումային կալորիականությամբ նյութերը, ինչպես նաև սկզբունքային համեմատություն և մրցակցություն անցկացնել TEC-ի, Պելտիե մոդուլի, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի, Պելտիե սարքի հետ՝ գերցածր հզորության միկրոսառեցման լուծումներ ուսումնասիրելու համար:

III. Համակարգային ինտեգրման և կիրառական նորարարության սահմանները

1. Չիպի վրա ինտեգրում «չիպի մակարդակի» ջերմության ցրման համար.

Վերջին հետազոտությունները կենտրոնանում են միկրո TEC-ի ինտեգրման վրամիկրո ջերմաէլեկտրական մոդուլ, (ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ), պելտիե տարրեր և սիլիցիումի վրա հիմնված չիպեր մոնոլիտ կերպով (մեկ չիպի մեջ): MEMS (միկրոէլեկտրամեխանիկական համակարգեր) տեխնոլոգիայի միջոցով միկրոմասշտաբի ջերմաէլեկտրական սյունակային զանգվածները ուղղակիորեն պատրաստվում են չիպի հետևի մասում՝ CPU-ների/GPU-ների տեղական տաք կետերի համար «կետից կետ» իրական ժամանակում ակտիվ սառեցում ապահովելու համար, որը, ինչպես սպասվում է, կհաղթահարի ֆոն Նոյմանի ճարտարապետության տակ գտնվող ջերմային խոչընդոտը: Սա համարվում է ապագա հաշվողական հզորության չիպերի «ջերմային պատի» խնդրի վերջնական լուծումներից մեկը:

2. Ինքնակառավարվող ջերմային կառավարում կրելի և ճկուն էլեկտրոնիկայի համար.

Ջերմաէլեկտրական էներգիայի արտադրության և սառեցման կրկնակի գործառույթների համադրություն: Վերջին նվաճումները ներառում են ձգվող և բարձր ամրության ճկուն ջերմաէլեկտրական մանրաթելերի մշակումը: Սրանք կարող են ոչ միայն էլեկտրաէներգիա արտադրել կրելի սարքերի համար՝ օգտագործելով ջերմաստիճանի տարբերությունները:, այլև ապահովում են տեղային սառեցում (օրինակ՝ հատուկ աշխատանքային համազգեստի սառեցում) հակադարձ հոսանքի միջոցով, հասնելով էներգիայի և ջերմության ինտեգրված կառավարման։

3. Քվանտային տեխնոլոգիայի և բիոզենսատորի ճշգրիտ ջերմաստիճանի կառավարում.

Առաջադեմ ոլորտներում, ինչպիսիք են քվանտային բիթերը և բարձր զգայունության սենսորները, անհրաժեշտ է գերճշգրիտ ջերմաստիճանի կառավարումը mK (միլլիկելվին) մակարդակում: Վերջին հետազոտությունները կենտրոնանում են բազմաստիճան TEC, բազմաստիճան պելտիե մոդուլի (ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ) համակարգերի վրա՝ չափազանց բարձր ճշգրտությամբ (±0.001°C) և ուսումնասիրում են TEC մոդուլի, պելտիե սարքի, պելտիե սառեցուցիչի օգտագործումը ակտիվ աղմուկի մարման համար՝ նպատակ ունենալով ստեղծել գերկայուն ջերմային միջավայր քվանտային հաշվողական հարթակների և միամոլեկուլային հայտնաբերման սարքերի համար:

IV. Նորարարություն մոդելավորման և օպտիմալացման տեխնոլոգիաների ոլորտում

Արհեստական ​​բանականության վրա հիմնված նախագծում. Արհեստական ​​բանականության (օրինակ՝ գեներատիվ հակառակորդական ցանցեր, ուժեղացված ուսուցում) օգտագործում «նյութ-կառուցվածք-արտադրողականություն» հակադարձ նախագծման համար, կանխատեսելով օպտիմալ բազմաշերտ, հատվածավորված նյութական կազմը և սարքի երկրաչափությունը՝ լայն ջերմաստիճանային միջակայքում առավելագույն սառեցման գործակցին հասնելու համար, զգալիորեն կրճատելով հետազոտության և մշակման ցիկլը։

Ամփոփում.

Պելտիեի տարրի, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի (TEC մոդուլ) վերջին հետազոտական ​​նվաճումները «կատարելագործումից» անցնում են «վերափոխման» փուլի։ Հիմնական առանձնահատկություններն են՝ •

Նյութական մակարդակ. զանգվածային խառնուրդներից մինչև ատոմային մակարդակի միջերեսներ և էնտրոպիայի ինժեներական կառավարում։ •

Հիմնարար մակարդակում՝ էլեկտրոններին հենվելուց մինչև նոր լիցքակիրների, ինչպիսիք են իոններն ու պոլարոնները, ուսումնասիրությունը։

Ինտեգրման մակարդակ՝ դիսկրետ բաղադրիչներից մինչև չիպերի, գործվածքների և կենսաբանական սարքերի հետ խորը ինտեգրում։

Նպատակային մակարդակ՝ մակրո մակարդակի սառեցումից անցում դեպի առաջադեմ տեխնոլոգիաների՝ քվանտային հաշվարկների և ինտեգրված օպտոէլեկտրոնիկայի, ջերմային կառավարման մարտահրավերների լուծմանը։

Այս առաջընթացները ցույց են տալիս, որ ապագայի ջերմաէլեկտրական սառեցման տեխնոլոգիաները կլինեն ավելի արդյունավետ, մանրացված, ինտելեկտուալ և խորապես ինտեգրված հաջորդ սերնդի տեղեկատվական տեխնոլոգիաների, կենսատեխնոլոգիայի և էներգետիկ համակարգերի միջուկում։