Mwelekeo mpya wa maendeleo ya tasnia ya kupoeza joto

Mwelekeo mpya wa maendeleo ya tasnia ya kupoeza joto

Vipozeo vya Thermoelectric, pia vinajulikana kama moduli za kupoeza thermoelectric, vina faida zisizoweza kubadilishwa katika nyanja maalum kutokana na sifa zake kama vile kutosogea kwa sehemu, udhibiti sahihi wa halijoto, ukubwa mdogo, na uaminifu mkubwa. Katika miaka ya hivi karibuni, hakujakuwa na mafanikio yoyote ya usumbufu katika nyenzo za msingi katika uwanja huu, lakini maendeleo makubwa yamefanywa katika uboreshaji wa nyenzo, muundo wa mfumo, na upanuzi wa programu.

Yafuatayo ni maelekezo kadhaa makubwa ya maendeleo:

I. Maendeleo katika Nyenzo na Vifaa vya Msingi

Uboreshaji endelevu wa utendaji wa vifaa vya thermoelectric

Uboreshaji wa vifaa vya kitamaduni (Bi₂Te₃ -based): Misombo ya Bismuth tellurium inabaki kuwa vifaa vinavyofanya kazi vizuri zaidi karibu na halijoto ya kawaida. Utafiti wa sasa unalenga katika kuongeza zaidi thamani yake ya ubora wa joto kupitia michakato kama vile nanosize, doping, na texturing. Kwa mfano, kwa kutengeneza nanowires na miundo ya superlattice ili kuongeza kutawanyika kwa fononi na kupunguza upitishaji wa joto, ufanisi unaweza kuboreshwa bila kuathiri kwa kiasi kikubwa upitishaji wa umeme.

Utafutaji wa nyenzo mpya: Ingawa bado hazipatikani kibiashara kwa kiwango kikubwa, watafiti wamekuwa wakichunguza nyenzo mpya kama vile SnSe, Mg₃Sb₂, na CsBi₄Te₆, ambazo zinaweza kuwa na uwezo mkubwa kuliko Bi₂Te₃ katika maeneo maalum ya halijoto, na kutoa uwezekano wa ongezeko la utendaji katika siku zijazo.

Ubunifu katika muundo wa kifaa na mchakato wa ujumuishaji

Uundaji mdogo na upangaji: Ili kukidhi mahitaji ya uondoaji joto wa vifaa vidogo kama vile vifaa vya elektroniki vya watumiaji (kama vile klipu za nyuma za uondoaji joto wa simu za mkononi) na vifaa vya mawasiliano ya macho, mchakato wa utengenezaji wa moduli ndogo za kupoeza joto za TEC (moduli ndogo za upoezaji joto za thermoelectric, moduli ndogo za upoezaji joto za thermoelectric) unazidi kuwa wa kisasa. Inawezekana kutengeneza moduli za peltier, vipoezaji vya peltier, vifaa vya peltier, vifaa vya upoezaji joto vyenye ukubwa wa milimita 1×1 pekee au hata ndogo zaidi, na zinaweza kuunganishwa kwa urahisi katika safu ili kufikia upoezaji sahihi wa ndani.

Moduli ya TEC inayonyumbulika (moduli ya peltier): Hii ni mada inayoibuka motomoto. Kwa kutumia teknolojia kama vile vifaa vya elektroniki vilivyochapishwa na vifaa vinavyonyumbulika, moduli za TEC zisizo na mpangilio, vifaa vya peltier ambavyo vinaweza kupindishwa na kushikwa vinatengenezwa. Hii ina matarajio mapana katika nyanja kama vile vifaa vya elektroniki vinavyovaliwa na tiba ya kibiolojia ya ndani (kama vile migandamizo ya baridi inayobebeka).

Uboreshaji wa muundo wa ngazi nyingi: Kwa hali zinazohitaji tofauti kubwa ya halijoto, moduli za TEC za hatua nyingi, moduli za kupoeza joto za hatua nyingi hubaki kuwa suluhisho kuu. Maendeleo ya sasa yanaonekana katika muundo wa kimuundo na michakato ya kuunganisha, ikilenga kupunguza upinzani wa joto kati ya hatua, kuongeza uaminifu wa jumla na tofauti kubwa ya halijoto.

Ii. Upanuzi wa Matumizi na Suluhisho za Kiwango cha Mfumo

Kwa sasa huu ndio uwanja unaobadilika zaidi ambapo maendeleo mapya yanaweza kuzingatiwa moja kwa moja.

Mageuzi ya pamoja ya teknolojia ya uondoaji wa joto la mwisho wa joto

Jambo muhimu linalozuia utendaji wa moduli ya TEC, moduli ya thermoelectric, moduli ya peltier mara nyingi ni uwezo wa kusambaza joto kwenye sehemu ya joto. Uboreshaji wa utendaji wa TEC unaimarishwa pamoja na maendeleo ya teknolojia ya kuzama joto yenye ufanisi mkubwa.

Pamoja na vyumba vya mvuke vya VC/mabomba ya joto: Katika uwanja wa vifaa vya elektroniki vya watumiaji, moduli ya TEC, kifaa cha peltier mara nyingi huunganishwa na vyumba vya mvuke vya chumba cha utupu. Moduli ya TEC, kipoeza cha peltier huwajibika kwa kuunda kikamilifu eneo la halijoto ya chini, huku VC ikisambaza joto kwa ufanisi kutoka sehemu ya moto ya moduli ya TEC, kipengele cha peltier hadi kwenye mapezi makubwa ya uondoaji joto, na kutengeneza suluhisho la mfumo wa "upoezaji hai + upitishaji na uondoaji joto kwa ufanisi". Huu ni mwelekeo mpya katika moduli za uondoaji joto kwa simu za michezo ya kubahatisha na kadi za michoro za hali ya juu.

Pamoja na mifumo ya kupoeza kioevu: Katika nyanja kama vile vituo vya data na leza zenye nguvu nyingi, moduli ya TEC huunganishwa na mifumo ya kupoeza kioevu. Kwa kutumia uwezo wa juu sana wa joto wa vimiminika, joto kwenye sehemu ya moto ya moduli ya TEC ya thermoelectric huondolewa, na kufikia uwezo wa kupoeza wenye ufanisi usio wa kawaida.

Udhibiti wa busara na usimamizi wa ufanisi wa nishati

Mifumo ya kisasa ya kupoeza joto inazidi kuunganisha vitambuzi vya halijoto vya usahihi wa juu na vidhibiti vya PID/PWM. Kwa kurekebisha mkondo/voltage ya ingizo ya moduli ya joto, moduli ya TEC, moduli ya peltier kwa wakati halisi kupitia algoriti, utulivu wa halijoto wa ±0.1℃ au hata zaidi unaweza kupatikana, huku ukiepuka kuchaji kupita kiasi na mtetemo na kuokoa nishati.

Hali ya uendeshaji wa mapigo: Kwa baadhi ya programu, kutumia usambazaji wa umeme wa mapigo badala ya usambazaji wa umeme unaoendelea kunaweza kukidhi mahitaji ya kupoeza papo hapo huku ikipunguza kwa kiasi kikubwa matumizi ya jumla ya nishati na kusawazisha mzigo wa joto.

III. Sehemu za matumizi zinazoibuka na zinazokua kwa kasi

Utakaso wa joto kwa vifaa vya elektroniki vya watumiaji

Simu za michezo ya kubahatisha na vifaa vya michezo ya kielektroniki: Hii ni mojawapo ya sehemu kubwa za ukuaji katika moduli za kupoeza joto, moduli za TEC, na moduli nyingi katika miaka ya hivi karibuni. Kipande cha nyuma cha kupoeza kinachofanya kazi kina moduli za thermoelectric zilizojengewa ndani (moduli za TEC), ambazo zinaweza kukandamiza moja kwa moja halijoto ya SoC ya simu chini ya halijoto ya kawaida, na kuhakikisha matokeo endelevu ya utendaji wa hali ya juu wakati wa michezo ya kubahatisha.

Kompyuta mpakato na kompyuta za mezani: Baadhi ya kompyuta mpakato za hali ya juu na kadi za michoro (kama vile kadi za marejeleo za mfululizo wa NVIDIA RTX 30/40) zimeanza kujaribu kuunganisha moduli za TEC, moduli za thermoelectric ili kusaidia katika kupoeza chipsi kuu.

Mawasiliano ya macho na vituo vya data

Moduli za macho za 5G/6G: Leza (DFB/EML) katika moduli za macho za kasi ya juu ni nyeti sana kwa halijoto na zinahitaji TEC kwa halijoto sahihi isiyobadilika (kawaida ndani ya ±0.5℃) ili kuhakikisha uthabiti wa urefu wa wimbi na ubora wa upitishaji. Kadri viwango vya data vinavyobadilika kuelekea 800G na 1.6T, mahitaji na mahitaji ya moduli za TEC za thermoelectric mdoules peltier coolers, elementi za peltier zote zinaongezeka.

Upoezaji wa ndani katika vituo vya data: Kuzingatia maeneo yenye joto kama vile CPUS na GPUS, kutumia moduli ya TEC kwa upoezaji ulioboreshwa unaolengwa ni mojawapo ya maelekezo ya utafiti wa kuboresha ufanisi wa nishati na msongamano wa kompyuta katika vituo vya data.

Vifaa vya elektroniki vya magari

Kifaa cha kutolea moshi kilichowekwa kwenye gari: Kifaa cha msingi cha kutolea moshi cha lidar kinahitaji halijoto thabiti ya uendeshaji. TEC ni sehemu muhimu inayohakikisha uendeshaji wake wa kawaida katika mazingira magumu yaliyowekwa kwenye gari (-40℃ hadi +105℃).

Vibanda vya rubani na mifumo ya burudani ya hali ya juu: Kwa kuongezeka kwa nguvu ya kompyuta ya chipsi ndani ya gari, mahitaji yao ya uondoaji joto yanaendana polepole na yale ya vifaa vya elektroniki vya watumiaji. Kipoeza cha moduli ya TEC, TE kinatarajiwa kutumika katika mifumo ya magari ya hali ya juu ya siku zijazo.

Sayansi ya matibabu na maisha

Vifaa vya matibabu vinavyobebeka kama vile vifaa vya PCR na vipima joto vya DNA vinahitaji mzunguko wa joto wa haraka na sahihi, na moduli ya TECpeltier ndiyo sehemu kuu ya udhibiti wa joto. Mwelekeo wa upunguzaji joto na uhamishaji wa vifaa umesababisha maendeleo ya kipoezaji kidogo na chenye ufanisi cha TECpeltier.

Vifaa vya urembo: Baadhi ya vifaa vya urembo vya hali ya juu hutumia athari ya Peltier ya kifaa cha TEC, peltier ili kufikia utendaji sahihi wa kubana baridi na moto.

Anga na mazingira maalum

Kupoeza kwa kigunduzi cha infrared: Katika nyanja za kijeshi, anga za juu na utafiti wa kisayansi, vigunduzi vya infrared vinahitaji kupozwa hadi halijoto ya chini sana (kama vile chini ya -80℃) ili kupunguza kelele. Moduli ya TEC ya hatua nyingi, moduli ya peltier ya hatua nyingi, moduli ya thermoelectric ya hatua nyingi ni suluhisho dogo na la kuaminika sana kufikia lengo hili.

Udhibiti wa halijoto ya mzigo wa satelaiti: Kutoa mazingira thabiti ya joto kwa vifaa vya usahihi kwenye satelaiti.

Changamoto Zinazokabiliwa na Matarajio ya Baadaye

Changamoto kuu: Ufanisi mdogo wa nishati unabaki kuwa upungufu mkubwa wa moduli ya peltier ya moduli ya TEC (moduli ya thermoelectric) ikilinganishwa na upoezaji wa kawaida wa compressor. Ufanisi wake wa kupoeza kwa thermoelectric ni mdogo sana kuliko ule wa mzunguko wa Carnot.

Mtazamo wa siku zijazo

Ufanisi wa nyenzo ndio lengo kuu: ikiwa nyenzo mpya zenye thamani ya ubora wa joto ya 3.0 au zaidi karibu na halijoto ya kawaida zinaweza kugunduliwa au kutengenezwa (kwa sasa, Bi₂Te₃ ya kibiashara ni takriban 1.0), itasababisha mapinduzi katika tasnia nzima.

Ujumuishaji na akili ya mfumo: Ushindani wa siku zijazo utabadilika zaidi kutoka "utendaji wa TEC binafsi" hadi uwezo wa suluhisho la jumla la mfumo wa "TEC+ uondoaji wa joto + udhibiti". Kuchanganya na AI kwa udhibiti wa halijoto wa utabiri pia ni mwelekeo.

Kupunguza gharama na kupenya kwa soko: Kwa kukomaa kwa michakato ya utengenezaji na uzalishaji mkubwa, gharama za TEC zinatarajiwa kupungua zaidi, na hivyo kupenya katika masoko ya kati na hata makubwa zaidi.

Kwa muhtasari, tasnia ya kimataifa ya vifaa vya kupoeza joto kwa sasa iko katika hatua ya maendeleo ya uvumbuzi unaoendeshwa na matumizi na ushirikiano. Ingawa hakujakuwa na mabadiliko yoyote ya kimapinduzi katika vifaa vya msingi, kupitia maendeleo ya teknolojia ya uhandisi na ujumuishaji wa kina na teknolojia za juu na chini, moduli ya TEC moduli ya Peltier, vifaa vya kupoeza joto vya peltier vinapata nafasi yake isiyoweza kubadilishwa katika idadi inayoongezeka ya nyanja zinazoibuka na zenye thamani kubwa, ikionyesha nguvu kubwa.