Термоэлектрик хөргөлтийн салбарын хөгжлийн шинэ чиглэл

Термоэлектрик хөргөлтийн салбарын хөгжлийн шинэ чиглэл

Термоэлектрик хөргөлтийн модуль гэгддэг термоэлектрик хөргөгч нь хөдлөх эд анги байхгүй, температурын нарийн хяналт, жижиг хэмжээ, өндөр найдвартай байдал зэрэг онцлог шинж чанаруудаасаа шалтгаалан тодорхой салбарт орлуулшгүй давуу талтай байдаг. Сүүлийн жилүүдэд энэ салбарт үндсэн материалын салбарт томоохон нээлт хийгээгүй ч материалыг оновчлох, системийн дизайн, хэрэглээг өргөжүүлэх чиглэлээр мэдэгдэхүйц ахиц дэвшил гарсан.

Хөгжлийн хэд хэдэн үндсэн шинэ чиглэлүүд энд байна:

I. Гол материал ба төхөөрөмжүүдийн дэвшил

Термоэлектрик материалын гүйцэтгэлийг тасралтгүй оновчтой болгох

Уламжлалт материалыг оновчтой болгох (Bi₂Te₃ дээр суурилсан): Висмутын теллурын нэгдлүүд нь өрөөний температурт хамгийн сайн гүйцэтгэлтэй материал хэвээр байна. Одоогийн судалгааны гол анхаарал нь нано хэмжээс, хольц, бүтэц зэрэг процессуудаар дамжуулан түүний термоэлектрик ач холбогдлыг цаашид нэмэгдүүлэхэд чиглэгдэж байна. Жишээлбэл, фононы тархалтыг сайжруулж, дулаан дамжуулалтыг бууруулахын тулд нано утас болон супер торон бүтэц үйлдвэрлэснээр цахилгаан дамжуулах чанарт мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлэхгүйгээр үр ашгийг сайжруулж болно.

Шинэ материалын судалгаа: Хэдийгээр өргөн хүрээнд худалдаанд хараахан гараагүй байгаа ч судлаачид тодорхой температурын бүсэд Bi₂Te₃-ээс илүү өндөр потенциалтай байж болох SnSe, Mg₃Sb₂, CsBi₄Te₆ зэрэг шинэ материалыг судалж байгаа бөгөөд энэ нь ирээдүйд гүйцэтгэлийн үсрэлт хийх боломжийг олгож байна.

Төхөөрөмжийн бүтэц болон интеграцийн процессын инноваци

Жижигрүүлэх ба угсрах: Хэрэглээний электроник (гар утасны дулааны түгээгүүрийн арын хавчаар гэх мэт) болон оптик холбооны төхөөрөмж зэрэг бичил төхөөрөмжүүдийн дулааны тархалтын шаардлагыг хангахын тулд микро-TEC (бичил термоэлектрик хөргөлтийн модулиуд, жижиг термоэлектрик модулиуд)-ийн үйлдвэрлэлийн процесс улам бүр боловсронгуй болж байна. Зөвхөн 1×1 мм ба түүнээс бага хэмжээтэй пельтьер модулиуд, пельтьер хөргөгч, пельтьер төхөөрөмж, термоэлектрик төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх боломжтой бөгөөд тэдгээрийг нарийн орон нутгийн хөргөлтийг бий болгохын тулд массивт уян хатан нэгтгэж болно.

Уян хатан TEC модуль (пелтиер модуль): Энэ бол шинээр гарч ирж буй халуун сэдэв юм. Хэвлэмэл электроник болон уян хатан материал зэрэг технологийг ашиглан хавтгай бус TEC модуль, нугалж, наалдуулж болох пелтье төхөөрөмжийг үйлдвэрлэдэг. Энэ нь өмсөж болох электрон төхөөрөмж болон орон нутгийн биоанагаах ухаан (зөөврийн хүйтэн жин гэх мэт) зэрэг салбарт өргөн хүрээний ирээдүйтэй.

Олон түвшний бүтцийн оновчлол: Температурын зөрүү их байх шаардлагатай тохиолдолд олон үе шаттай TEC модуль, олон үе шаттай термоэлектрик хөргөлтийн модулиуд нь үндсэн шийдэл хэвээр байна. Одоогийн дэвшил нь үе шат хоорондын дулааны эсэргүүцлийг бууруулах, нийт найдвартай байдал болон хамгийн их температурын зөрүүг нэмэгдүүлэх зорилготой бүтцийн зураг төсөл, холболтын процесст тусгалаа олсон.

II. Системийн түвшний програмууд болон шийдлүүдийг өргөжүүлэх

Энэ бол одоогоор шинэ хөгжлийг шууд ажиглах боломжтой хамгийн динамик салбар юм.

Халуун төгсгөлийн дулаан ялгаруулах технологийн хамтын хувьсал

TEC модуль, термоэлектрик модуль, пелтье модулийн гүйцэтгэлийг хязгаарладаг гол хүчин зүйл нь ихэвчлэн халуун төгсгөлд дулаан ялгаруулах хүчин чадал байдаг. TEC гүйцэтгэлийн сайжруулалт нь өндөр үр ашигтай дулаан шингээгч технологийн хөгжилтэй харилцан уялдаатай байдаг.

VC уурын камер/дулааны хоолойтой хослуулсан: Хэрэглээний электроникийн салбарт TEC модуль, Пелтиер төхөөрөмжийг ихэвчлэн вакуум камертай уурын камертай хослуулдаг. TEC модуль, Пелтиер хөргөгч нь бага температурын бүсийг идэвхтэй үүсгэх үүрэгтэй бол VC нь TEC модулийн халуун төгсгөл болох Пелтиер элементээс дулааныг том дулаан сарниулах сэрвээ рүү үр дүнтэй тарааж, "идэвхтэй хөргөлт + үр ашигтай дулаан дамжуулалт ба зайлуулах" системийн шийдлийг бүрдүүлдэг. Энэ бол тоглоомын утас болон өндөр зэрэглэлийн график картуудад зориулсан дулаан сарниулах модулиудын шинэ чиг хандлага юм.

Шингэн хөргөлтийн системтэй хослуулсан: Өгөгдлийн төвүүд болон өндөр хүчин чадалтай лазер зэрэг салбарт TEC модулийг шингэн хөргөлтийн системтэй хослуулсан. Шингэний маш өндөр хувийн дулаан багтаамжийг ашигласнаар TEC модулийн термоэлектрик модулийн халуун төгсгөлд байгаа дулааныг арилгаж, урьд өмнө байгаагүй үр ашигтай хөргөлтийн хүчин чадлыг бий болгодог.

Ухаалаг хяналт ба эрчим хүчний хэмнэлтийн менежмент

Орчин үеийн термоэлектрик хөргөлтийн системүүд нь өндөр нарийвчлалтай температур мэдрэгч болон PID/PWM хянагчийг улам бүр нэгтгэж байна. Термоэлектрик модуль, TEC модуль, Пелтиер модулийн оролтын гүйдэл/хүчдэлийг алгоритмаар дамжуулан бодит цаг хугацаанд тохируулснаар ±0.1℃ буюу түүнээс дээш температурын тогтвортой байдлыг хангаж, хэт цэнэглэлт болон хэлбэлзлээс зайлсхийж, эрчим хүч хэмнэх боломжтой.

Импульсийн ажиллах горим: Зарим хэрэглээнд тасралтгүй тэжээлийн оронд импульсийн тэжээлийн хангамжийг ашиглах нь агшин зуурын хөргөлтийн шаардлагыг хангахын зэрэгцээ нийт эрчим хүчний хэрэглээг мэдэгдэхүйц бууруулж, дулааны ачааллыг тэнцвэржүүлж чадна.

III. Шинээр гарч ирж буй болон өндөр өсөлттэй хэрэглээний салбарууд

Хэрэглээний электроникийн дулааны тархалт

Тоглоомын утас болон цахим спортын дагалдах хэрэгсэл: Энэ нь сүүлийн жилүүдэд термоэлектрик хөргөлтийн модулиуд, TEC модулиуд, олон талт модулиудын зах зээлийн хамгийн том өсөлтийн цэгүүдийн нэг юм. Идэвхтэй хөргөлтийн арын хавчаар нь суурилуулсан термоэлектрик модулиуд (TEC модулиуд)-аар тоноглогдсон бөгөөд энэ нь утасны SoC-ийн температурыг орчны температураас доош шууд дарж, тоглоомын үеэр тасралтгүй өндөр гүйцэтгэлтэй гаралтыг баталгаажуулдаг.

Зөөврийн компьютер болон ширээний компьютерууд: Зарим өндөр зэрэглэлийн зөөврийн компьютер болон график картууд (жишээ нь NVIDIA RTX 30/40 цувралын лавлах картууд) нь цөм чипийг хөргөхөд туслахын тулд TEC модулиуд болон термоэлектрик модулиудыг нэгтгэхийг оролдож эхэлсэн.

Оптик холбоо болон өгөгдлийн төвүүд

5G/6G оптик модулиуд: Өндөр хурдны оптик модулиудын лазерууд (DFB/EML) нь температурт маш мэдрэмтгий бөгөөд долгионы уртын тогтвортой байдал болон дамжуулалтын чанарыг хангахын тулд нарийн тогтмол температурт (ихэвчлэн ±0.5℃ дотор) TEC шаарддаг. Өгөгдлийн хурд 800G болон 1.6T руу шилжих тусам TEC модулиудын термоэлектрик mdoules mdoules peltier хөргөгч, peltier элементүүдийн эрэлт хэрэгцээ, шаардлага нэмэгдэж байна.

Өгөгдлийн төвүүдийн орон нутгийн хөргөлт: CPUS болон GPUS зэрэг халуун цэгүүдэд анхаарлаа төвлөрүүлж, TEC модулийг ашиглан зорилтот сайжруулсан хөргөлтийг ашиглах нь өгөгдлийн төвүүдийн эрчим хүчний үр ашиг болон тооцооллын нягтралыг сайжруулах судалгааны чиглэлүүдийн нэг юм.

Автомашины электроник

Тээврийн хэрэгсэлд суурилуулсан лидар: Лидарын гол лазер ялгаруулагч нь тогтвортой ажиллах температурыг шаарддаг. TEC нь тээврийн хэрэгсэлд суурилуулсан хатуу ширүүн орчинд (-40℃-аас +105℃) хэвийн ажиллагааг хангадаг гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм.

Ухаалаг бүхээг болон өндөр зэрэглэлийн мэдээллийн зугаа цэнгэлийн системүүд: Тээврийн хэрэгслийн чипүүдийн тооцооллын хүч нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан тэдгээрийн дулаан тархалтын хэрэгцээ нь хэрэглээний электроникийн хэрэгцээтэй аажмаар нийцэж байна. TEC модуль, TE хөргөгчийг ирээдүйн өндөр зэрэглэлийн тээврийн хэрэгслийн загваруудад ашиглах төлөвтэй байна.

Анагаах ухаан ба амьдралын шинжлэх ухаан

PCR багаж хэрэгсэл, ДНХ-ийн дараалал үүсгэгч зэрэг зөөврийн эмнэлгийн хэрэгслүүд нь хурдан бөгөөд нарийн температурын мөчлөг шаарддаг бөгөөд TEC, Peltier модуль нь температурын хяналтын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Тоног төхөөрөмжийг жижигрүүлэх, зөөврийн болгох чиг хандлага нь бичил болон үр ашигтай TEC, Peltier хөргөгчийг хөгжүүлэхэд түлхэц болсон.

Гоо сайхны төхөөрөмжүүд: Зарим өндөр зэрэглэлийн гоо сайхны төхөөрөмжүүд нь хүйтэн болон халуун шахалтын нарийн функцийг бий болгохын тулд TEC буюу Пелтиер төхөөрөмжийн Пелтиер эффектийг ашигладаг.

Агаарын орон зай болон тусгай орчин

Хэт улаан туяаны мэдрэгчийн хөргөлт: Цэргийн, сансар судлалын болон шинжлэх ухааны судалгааны салбарт хэт улаан туяаны мэдрэгчийг дуу чимээг бууруулахын тулд маш бага температурт (-80℃-аас доош) хөргөх шаардлагатай. Олон үе шаттай TEC модуль, олон үе шаттай Пелтиер модуль, олон үе шаттай термоэлектрик модуль нь энэ зорилгод хүрэхийн тулд жижигрүүлсэн, өндөр найдвартай шийдэл юм.

Хиймэл дагуулын ачааны температурын хяналт: Хиймэл дагуул дээрх нарийвчлалтай багаж хэрэгслийн тогтвортой дулааны орчныг бүрдүүлэх.

Iv. Тулгарч буй бэрхшээлүүд ба ирээдүйн хэтийн төлөвүүд

Гол бэрхшээл: Уламжлалт компрессорын хөргөлттэй харьцуулахад TEC модуль болох Пелтиер модулийн (термоэлектрик модуль) харьцангуй бага эрчим хүчний үр ашиг нь хамгийн том дутагдал хэвээр байна. Түүний термоэлектрик хөргөлтийн үр ашиг нь Карно циклийнхээс хамаагүй бага байна.

Ирээдүйн хэтийн төлөв

Материалын нээлт бол эцсийн зорилго юм: хэрэв өрөөний температурт 3.0 ба түүнээс дээш термоэлектрик давуу талтай шинэ материалыг нээж эсвэл нэгтгэж чадвал (одоогоор арилжааны Bi₂Te₃ нь ойролцоогоор 1.0 байна), энэ нь бүх салбарт хувьсгал хийх болно.

Системийн интеграци ба оюун ухаан: Ирээдүйн өрсөлдөөн нь "TEC-ийн бие даасан гүйцэтгэл"-ээс "TEC+ дулаан тархалт + хяналт" гэсэн системийн ерөнхий шийдлийн чадавхи руу шилжих болно. Температурыг урьдчилан таамаглах хяналтад хиймэл оюун ухаантай хослуулах нь бас нэг чиглэл юм.

Зардлыг бууруулах, зах зээлд нэвтрэх: Үйлдвэрлэлийн үйл явц болон томоохон хэмжээний үйлдвэрлэл хөгжихийн хэрээр TEC-ийн зардал цаашид буурч, улмаар дунд болон бүр олон нийтийн зах зээлд нэвтрэх төлөвтэй байна.

Товчхондоо, дэлхийн термоэлектрик хөргөлтийн үйлдвэрлэл одоогоор хэрэглээнд суурилсан, хамтын ажиллагааны инновацийн хөгжлийн үе шатандаа явж байна. Инженерийн технологийн дэвшил, дээд болон доод технологийн гүнзгий интеграцийн ачаар үндсэн материалуудад хувьсгалт өөрчлөлт гараагүй ч TEC модуль болох Пелтиерийн хөргөгч нь улам бүр нэмэгдэж буй шинээр гарч ирж буй, өндөр үнэ цэнэтэй салбарт орлуулшгүй байр сууриа олж, хүчтэй эрч хүчийг харуулж байна.