Термоэлектрик хөргөлтийн модулиудын хамгийн сүүлийн үеийн хөгжлийн ололт амжилтууд

Термоэлектрик хөргөлтийн модулиудын хамгийн сүүлийн үеийн хөгжлийн ололт амжилтууд

I. Материал ба гүйцэтгэлийн хязгаарын талаарх нээлтийн судалгаа

1. “Фонон шил – электрон болор” гэсэн ойлголтыг гүнзгийрүүлэх нь: •

Хамгийн сүүлийн үеийн ололт амжилт: Судлаачид өндөр хүчин чадалтай тооцоолол болон машин сургалтын тусламжтайгаар маш бага торны дулаан дамжуулалттай, өндөр Зеебекийн коэффициенттэй боломжит материалыг скрининг хийх үйл явцыг хурдасгасан. Жишээлбэл, тэд нарийн төвөгтэй болор бүтэцтэй, тор хэлбэртэй нэгдлүүдтэй Zintl фазын нэгдлүүдийг (YbCd2Sb2 гэх мэт) нээсэн бөгөөд тэдгээрийн ZT утга нь тодорхой температурын хүрээнд уламжлалт Bi2Te3-ийнхээс давсан байна.

“Энтропийн инженерчлэл” стратеги: Өндөр энтропийн хайлш эсвэл олон бүрэлдэхүүнтэй хатуу уусмалд найрлагын эмх замбараагүй байдлыг нэвтрүүлэх нь цахилгаан шинж чанарыг ноцтойгоор алдагдуулахгүйгээр дулаан дамжуулалтыг мэдэгдэхүйц бууруулж, фононуудыг хүчтэй тараадаг бөгөөд энэ нь термоэлектрик ач холбогдлын үзүүлэлтийг сайжруулах үр дүнтэй шинэ арга болж байна.

2. Бага хэмжээст болон нано бүтцийн хил хязгаарын дэвшил:

Хоёр хэмжээст термоэлектрик материал: Нэг давхаргат/дан давхаргат SnSe, MoS₂ гэх мэтийг судалсан судалгаагаар тэдгээрийн квант хязгаарлалтын нөлөө болон гадаргуугийн төлөв байдал нь маш өндөр чадлын хүчин зүйл, маш бага дулаан дамжуулалтад хүргэж, хэт нимгэн, уян хатан микро-TEC, микро термоэлектрик хөргөлтийн модулиуд, микро пельтье хөргөгч (микро пельтье элементүүд) үйлдвэрлэх боломжийг олгодог болохыг харуулсан.

Нанометрийн хэмжээний интерфэйсийн инженерчлэл: Үр тарианы хил хязгаар, дислокаци, нано фазын тунадас зэрэг бичил бүтцийг "фонон шүүлтүүр" болгон нарийн хянаж, дулааны тээвэрлэгчдийг (фононууд) сонгон тарааж, электронуудыг жигд нэвтрүүлж, улмаар термоэлектрик параметрүүдийн (дамжуулах чадвар, Зеебекийн коэффициент, дулаан дамжуулалт) уламжлалт холболтын хамаарлыг эвддэг.

II. Шинэ хөргөлтийн механизм ба төхөөрөмжүүдийг судлах нь

1. дээр суурилсан термоэлектрик хөргөлт:

Энэ бол хувьсгалт шинэ чиглэл юм. Цахилгаан талбайн дор ионуудын (электрон/нүхний оронд) шилжилт хөдөлгөөн болон фазын хувиргалтыг (электролиз ба хатууралт гэх мэт) ашиглан үр ашигтай дулаан шингээлтийг бий болгох замаар. Хамгийн сүүлийн үеийн судалгаагаар тодорхой ионы гель эсвэл шингэн электролитууд нь бага хүчдэлд уламжлалт TEC, пелтье модуль, TEC модуль, термоэлектрик хөргөгчөөс хамаагүй том температурын зөрүү үүсгэж, уян хатан, чимээгүй, өндөр үр ашигтай дараагийн үеийн хөргөлтийн технологийг хөгжүүлэх цоо шинэ замыг нээж байгааг харуулж байна.

2. Цахилгаан карт болон даралтын карт ашиглан хөргөлтийг жижигрүүлэх оролдлогууд: •

Хатуу төлөвт хөргөлтийн өрсөлдөх технологи болох термоэлектрик эффектийн хэлбэр биш боловч материалууд (полимер болон керамик гэх мэт) нь цахилгаан орон эсвэл стрессийн дор температурын мэдэгдэхүйц хэлбэлзэлтэй байж болно. Хамгийн сүүлийн үеийн судалгаагаар электрокалорик/даралтын илчлэгийн материалыг жижигрүүлж, массивлах, хэт бага чадлын бичил хөргөлтийн шийдлүүдийг судлахын тулд TEC, пелтье модуль, термоэлектрик хөргөлтийн модуль, пелтье төхөөрөмжтэй зарчимд суурилсан харьцуулалт, өрсөлдөөнийг хийхийг оролдож байна.

III. Системийн интеграци ба хэрэглээний инновацийн хил хязгаар

1. "Чип түвшний" дулаан ялгаруулалтын чип дээрх интеграци:

Хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа нь микро TEC-ийг нэгтгэхэд чиглэж байнамикро термоэлектрик модуль， (термоэлектрик хөргөлтийн модуль), пелтье элементүүд болон цахиур дээр суурилсан чипүүдийг цул байдлаар (ганц чип дотор) ашигладаг. MEMS (Микро-Цахилгаан-Механик Систем) технологийг ашиглан микро хэмжээний термоэлектрик баганын массивуудыг чипийн ар талд шууд үйлдвэрлэдэг бөгөөд CPU/GPU-ийн орон нутгийн халуун цэгүүдэд "цэгээс цэгт" бодит цагийн идэвхтэй хөргөлтийг хангадаг бөгөөд энэ нь Вон Нейманы архитектурын дагуух дулааны саадыг давна гэж үзэж байна. Энэ нь ирээдүйн тооцоолох хүчний чипүүдийн "дулааны хана"-ны асуудлыг шийдвэрлэх эцсийн шийдлүүдийн нэг гэж тооцогддог.

2. Элэгддэг, уян хатан электроникийн өөрөө ажилладаг дулааны удирдлага:

Дулааны цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх болон хөргөх давхар функцийг хослуулсан. Хамгийн сүүлийн үеийн ололт амжилтуудад сунадаг, өндөр бат бэхтэй уян хатан термоэлектрик утаснуудыг хөгжүүлэх зэрэг орно. Эдгээр нь температурын зөрүүг ашиглан зөвхөн өмсдөг төхөөрөмжүүдэд зориулж цахилгаан үйлдвэрлэхээс гаднамөн урвуу гүйдлийн тусламжтайгаар орон нутгийн хөргөлтийг (тусгай ажлын дүрэмт хувцсыг хөргөх гэх мэт) хийх боломжтойэрчим хүч болон дулааны нэгдсэн менежментийг хэрэгжүүлэх.

3. Квант технологи ба биосенсор дахь нарийн температурын хяналт:

Квант бит болон өндөр мэдрэмжтэй мэдрэгч зэрэг дэвшилтэт салбарт mK (милликельвин) түвшинд хэт нарийвчлалтай температурын хяналт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа нь маш өндөр нарийвчлалтай (±0.001°C) олон үе шаттай TEC, олон үе шаттай пелтье модуль (термоэлектрик хөргөлтийн модуль) системд төвлөрч, квант тооцооллын платформ болон нэг молекул илрүүлэх төхөөрөмжүүдэд хэт тогтвортой дулааны орчин бүрдүүлэхийг зорьж, идэвхтэй дуу чимээг дарах зорилгоор TEC модуль, пелтье төхөөрөмж, пелтье хөргөгчийг ашиглахыг судалдаг.

IV. Симуляци ба оновчлолын технологийн инноваци

Хиймэл оюун ухаанд суурилсан дизайн: "материал-бүтэц-гүйцэтгэл"-ийн урвуу дизайн хийхэд хиймэл оюун ухааныг (жишээлбэл, үүсгэгч өрсөлдөгч сүлжээ, бэхжүүлэлтийн сургалт) ашиглах, өргөн температурын хүрээнд хамгийн их хөргөлтийн коэффициентийг бий болгохын тулд оновчтой олон давхаргат, сегментчилсэн материалын найрлага, төхөөрөмжийн геометрийг урьдчилан таамаглах, судалгаа, хөгжүүлэлтийн мөчлөгийг мэдэгдэхүйц богиносгох.

Хураангуй:

Пелтиер элемент болох термоэлектрик хөргөлтийн модуль (TEC модуль)-ийн хамгийн сүүлийн үеийн судалгааны ололт амжилтууд нь "сайжруулалт"-аас "хувиргалт" руу шилжиж байна. Гол онцлогууд нь дараах байдалтай байна: •

Материалын түвшин: Бөөнөөр нь допинг хийхээс эхлээд атомын түвшний интерфэйсүүд болон энтропийн инженерчлэлийн хяналт хүртэл. •

Үндсэн түвшинд: Электроноос хамааралтай байхаас эхлээд ион болон полярон зэрэг шинэ цэнэг тээгчдийг судлах хүртэл.

Интеграцийн түвшин: Дискрет бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс эхлээд чипс, даавуу, биологийн төхөөрөмжтэй гүнзгий интеграцчлал хүртэл.

Зорилтот түвшин: Макро түвшний хөргөлтөөс квант тооцоолол, нэгдсэн оптоэлектроник зэрэг дэвшилтэт технологийн дулааны менежментийн сорилтуудыг шийдвэрлэх рүү шилжих.

Эдгээр дэвшил нь ирээдүйн термоэлектрик хөргөлтийн технологиуд илүү үр ашигтай, жижигрүүлсэн, ухаалаг, дараагийн үеийн мэдээллийн технологи, биотехнологи, эрчим хүчний системийн цөмд гүн гүнзгий нэгтгэгдэх болно гэдгийг харуулж байна.