थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग उद्योगाची नवीन विकास दिशा

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग उद्योगाची नवीन विकास दिशा

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल म्हणून ओळखले जाणारे थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर, त्यांच्या वैशिष्ट्यांमुळे विशिष्ट क्षेत्रात अपूरणीय फायदे आहेत जसे की हलणारे भाग नसणे, अचूक तापमान नियंत्रण, लहान आकार आणि उच्च विश्वासार्हता. अलिकडच्या वर्षांत, या क्षेत्रात मूलभूत सामग्रीमध्ये कोणतेही विघटनकारी यश आलेले नाही, परंतु सामग्री ऑप्टिमायझेशन, सिस्टम डिझाइन आणि अनुप्रयोग विस्तारामध्ये लक्षणीय प्रगती झाली आहे.

पुढील काही प्रमुख नवीन विकास दिशानिर्देश आहेत:

I. मुख्य साहित्य आणि उपकरणांमधील प्रगती

थर्मोइलेक्ट्रिक पदार्थांच्या कामगिरीचे सतत ऑप्टिमायझेशन

पारंपारिक पदार्थांचे ऑप्टिमायझेशन (Bi₂Te₃-आधारित): बिस्मथ टेल्युरियम संयुगे खोलीच्या तापमानाजवळ सर्वोत्तम कामगिरी करणारे पदार्थ राहतात. सध्याचे संशोधन नॅनोसाइजिंग, डोपिंग आणि टेक्सचरिंग सारख्या प्रक्रियांद्वारे त्याचे थर्मोइलेक्ट्रिक गुणवत्ता मूल्य आणखी वाढवण्यावर केंद्रित आहे. उदाहरणार्थ, फोनॉन स्कॅटरिंग वाढविण्यासाठी आणि थर्मल चालकता कमी करण्यासाठी नॅनोवायर आणि सुपरलॅटिस स्ट्रक्चर्स तयार करून, विद्युत चालकता लक्षणीयरीत्या प्रभावित न करता कार्यक्षमता सुधारली जाऊ शकते.

नवीन पदार्थांचा शोध: जरी अद्याप मोठ्या प्रमाणावर व्यावसायिकरित्या उपलब्ध नसला तरी, संशोधक SnSe, Mg₃Sb₂ आणि CsBi₄Te₆ सारख्या नवीन पदार्थांचा शोध घेत आहेत, ज्यांची विशिष्ट तापमान झोनमध्ये Bi₂Te₃ पेक्षा जास्त क्षमता असू शकते, ज्यामुळे भविष्यातील कामगिरीत वाढ होण्याची शक्यता असते.

उपकरण रचना आणि एकत्रीकरण प्रक्रियेत नावीन्यपूर्णता

लघुकरण आणि अरेपिंग: ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स (जसे की मोबाइल फोन हीट डिसिपेशन बॅक क्लिप्स) आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन डिव्हाइसेस सारख्या सूक्ष्म-उपकरणांच्या उष्णता विसर्जन आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, मायक्रो-टीईसी (मायक्रो थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल्स, लघु थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्स) ची उत्पादन प्रक्रिया अधिकाधिक अत्याधुनिक होत आहे. फक्त 1×1 ​​मिमी किंवा त्याहूनही लहान आकाराचे पेल्टियर मॉड्यूल्स, पेल्टियर कूलर, पेल्टियर डिव्हाइसेस, थर्मोइलेक्ट्रिक डिव्हाइसेस तयार करणे शक्य आहे आणि अचूक स्थानिक शीतकरण प्राप्त करण्यासाठी त्यांना लवचिकपणे अॅरेमध्ये एकत्रित केले जाऊ शकते.

फ्लेक्सिबल टीईसी मॉड्यूल (पेल्टियर मॉड्यूल): हा एक चर्चेचा विषय बनत आहे. प्रिंटेड इलेक्ट्रॉनिक्स आणि लवचिक साहित्य यासारख्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून, नॉन-प्लॅनर टीईसी मॉड्यूल, वाकवता येणारी आणि चिकटवता येणारी पेल्टियर उपकरणे तयार केली जातात. घालण्यायोग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि स्थानिक बायोमेडिसिन (जसे की पोर्टेबल कोल्ड कॉम्प्रेस) यासारख्या क्षेत्रात याचे व्यापक संभावना आहेत.

बहु-स्तरीय संरचना ऑप्टिमायझेशन: जास्त तापमान फरक आवश्यक असलेल्या परिस्थितींसाठी, मल्टी-स्टेज टीईसी मॉड्यूल, मल्टी स्टेज थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल हा प्राथमिक उपाय आहे. सध्याची प्रगती स्ट्रक्चरल डिझाइन आणि बाँडिंग प्रक्रियांमध्ये दिसून येते, ज्याचा उद्देश इंटर-स्टेज थर्मल रेझिस्टन्स कमी करणे, एकूण विश्वासार्हता आणि कमाल तापमान फरक वाढवणे आहे.

II. सिस्टम-स्तरीय अनुप्रयोग आणि उपायांचा विस्तार

हे सध्या सर्वात गतिमान क्षेत्र आहे जिथे नवीन घडामोडींचे थेट निरीक्षण केले जाऊ शकते.

हॉट-एंड हीट डिसिपेशन तंत्रज्ञानाचा सह-उत्क्रांती

टीईसी मॉड्यूल, थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल, पेल्टियर मॉड्यूलच्या कामगिरीवर मर्यादा घालणारा महत्त्वाचा घटक बहुतेकदा हॉट एंडवरील उष्णता नष्ट करण्याची क्षमता असते. टीईसी कामगिरीतील सुधारणा उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या हीट सिंक तंत्रज्ञानाच्या विकासासह परस्पर बळकट होत आहे.

व्हीसी व्हेपर चेंबर्स/हीट पाईप्ससह एकत्रित: ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रात, टीईसी मॉड्यूल, पेल्टियर डिव्हाइस बहुतेकदा व्हॅक्यूम चेंबर व्हेपर चेंबर्ससह एकत्रित केले जाते. टीईसी मॉड्यूल, पेल्टियर कूलर कमी-तापमान झोन सक्रियपणे तयार करण्यासाठी जबाबदार आहे, तर व्हीसी टीईसी मॉड्यूल, पेल्टियर घटकाच्या गरम टोकापासून मोठ्या उष्णता विसर्जन पंखांपर्यंत उष्णता कार्यक्षमतेने पसरवते, ज्यामुळे "सक्रिय शीतकरण + कार्यक्षम उष्णता वाहकता आणि काढणे" चे सिस्टम सोल्यूशन तयार होते. गेमिंग फोन आणि हाय-एंड ग्राफिक्स कार्डसाठी हीट डिसिपेशन मॉड्यूल्समध्ये हा एक नवीन ट्रेंड आहे.

द्रव शीतकरण प्रणालींसह एकत्रित: डेटा सेंटर आणि उच्च-शक्तीच्या लेसरसारख्या क्षेत्रात, TEC मॉड्यूल द्रव शीतकरण प्रणालींसह एकत्रित केले जाते. द्रवपदार्थांच्या अत्यंत उच्च विशिष्ट उष्णता क्षमतेचा फायदा घेऊन, TEC मॉड्यूल थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूलच्या गरम टोकावरील उष्णता काढून टाकली जाते, ज्यामुळे अभूतपूर्व कार्यक्षम शीतकरण क्षमता प्राप्त होते.

बुद्धिमान नियंत्रण आणि ऊर्जा कार्यक्षमता व्यवस्थापन

आधुनिक थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग सिस्टीममध्ये उच्च-परिशुद्धता तापमान सेन्सर्स आणि PID/PWM नियंत्रकांचा समावेश वाढत आहे. अल्गोरिदमद्वारे रिअल टाइममध्ये थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल, TEC मॉड्यूल, पेल्टियर मॉड्यूलचे इनपुट करंट/व्होल्टेज समायोजित करून, ±0.1℃ किंवा त्याहून अधिक तापमान स्थिरता प्राप्त केली जाऊ शकते, तसेच जास्त चार्ज आणि दोलन टाळता येते आणि ऊर्जा वाचवता येते.

पल्स ऑपरेशन मोड: काही अनुप्रयोगांसाठी, सतत वीज पुरवठ्याऐवजी पल्स पॉवर सप्लाय वापरल्याने तात्काळ थंड होण्याची आवश्यकता पूर्ण होऊ शकते, त्याचबरोबर एकूण ऊर्जेचा वापर लक्षणीयरीत्या कमी होतो आणि उष्णता भार संतुलित होतो.

III. उदयोन्मुख आणि उच्च-वाढीचे अनुप्रयोग क्षेत्र

ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी उष्णता नष्ट होणे

गेमिंग फोन आणि ई-स्पोर्ट्स अॅक्सेसरीज: अलिकडच्या वर्षांत थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग मॉड्यूल्स, टीईसी मॉड्यूल्स, प्लेटियर मॉड्यूल्स मार्केटमध्ये हा सर्वात मोठा वाढीचा बिंदू आहे. अ‍ॅक्टिव्ह कूलिंग बॅक क्लिप बिल्ट-इन थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्स (टीईसी मॉड्यूल्स) ने सुसज्ज आहे, जे फोनच्या एसओसीचे तापमान थेट सभोवतालच्या तापमानापेक्षा कमी दाबू शकते, गेमिंग दरम्यान सतत उच्च-कार्यक्षमता आउटपुट सुनिश्चित करते.

लॅपटॉप आणि डेस्कटॉप: काही हाय-एंड लॅपटॉप आणि ग्राफिक्स कार्ड्स (जसे की NVIDIA RTX 30/40 सिरीज रेफरन्स कार्ड्स) ने कोर चिप्स थंड करण्यास मदत करण्यासाठी TEC मॉड्यूल्स, थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्स एकत्रित करण्याचा प्रयत्न सुरू केला आहे.

ऑप्टिकल कम्युनिकेशन आणि डेटा सेंटर्स

५G/६G ऑप्टिकल मॉड्यूल्स: हाय-स्पीड ऑप्टिकल मॉड्यूल्समधील लेसर (DFB/EML) तापमानाला अत्यंत संवेदनशील असतात आणि तरंगलांबी स्थिरता आणि प्रसारण गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यासाठी अचूक स्थिर तापमानासाठी (सामान्यतः ±०.५℃ च्या आत) TEC ची आवश्यकता असते. डेटा दर ८००G आणि १.६T कडे विकसित होत असताना, TEC मॉड्यूल्स, थर्मोइलेक्ट्रिक एमडॉल्स, पेल्टियर कूलर, पेल्टियर घटकांची मागणी आणि आवश्यकता दोन्ही वाढत आहेत.

डेटा सेंटर्समध्ये स्थानिक कूलिंग: CPUS आणि GPUS सारख्या हॉटस्पॉट्सवर लक्ष केंद्रित करणे, लक्ष्यित वर्धित कूलिंगसाठी TEC मॉड्यूल वापरणे हे डेटा सेंटर्समध्ये ऊर्जा कार्यक्षमता आणि संगणकीय घनता सुधारण्यासाठी संशोधन दिशानिर्देशांपैकी एक आहे.

ऑटोमोटिव्ह इलेक्ट्रॉनिक्स

वाहन-माउंटेड लिडार: लिडारच्या कोर लेसर एमिटरला स्थिर ऑपरेटिंग तापमान आवश्यक असते. TEC हा एक प्रमुख घटक आहे जो कठोर वाहन-माउंटेड वातावरणात (-40℃ ते +105℃) त्याचे सामान्य ऑपरेशन सुनिश्चित करतो.

इंटेलिजेंट कॉकपिट्स आणि हाय-एंड इन्फोटेनमेंट सिस्टम्स: वाहनातील चिप्सच्या वाढत्या संगणकीय शक्तीमुळे, त्यांच्या उष्णता नष्ट करण्याच्या मागण्या हळूहळू ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्सच्या मागण्यांशी जुळत आहेत. भविष्यातील हाय-एंड वाहन मॉडेल्समध्ये टीईसी मॉड्यूल, टीई कूलर लागू होण्याची अपेक्षा आहे.

वैद्यकीय आणि जीवन विज्ञान

पीसीआर उपकरणे आणि डीएनए सिक्वेन्सर सारख्या पोर्टेबल वैद्यकीय उपकरणांना जलद आणि अचूक तापमान सायकलिंगची आवश्यकता असते आणि टीईसी, पेल्टियर मॉड्यूल हा मुख्य तापमान नियंत्रण घटक आहे. उपकरणांच्या लघुकरण आणि पोर्टेबिलिटीच्या ट्रेंडमुळे सूक्ष्म आणि कार्यक्षम टीईसी, पेल्टियर कूलरचा विकास झाला आहे.

सौंदर्य उपकरणे: काही उच्च दर्जाची सौंदर्य उपकरणे अचूक थंड आणि गरम कॉम्प्रेस कार्ये साध्य करण्यासाठी TEC, पेल्टियर उपकरणाच्या पेल्टियर प्रभावाचा वापर करतात.

अवकाश आणि विशेष वातावरण

इन्फ्रारेड डिटेक्टर कूलिंग: लष्करी, एरोस्पेस आणि वैज्ञानिक संशोधन क्षेत्रात, आवाज कमी करण्यासाठी इन्फ्रारेड डिटेक्टर अत्यंत कमी तापमानात (जसे की -80°C पेक्षा कमी) थंड करणे आवश्यक आहे. मल्टी-स्टेज टीईसी मॉड्यूल, मल्टी-स्टेज पेल्टियर मॉड्यूल, मल्टी-स्टेज थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल हे हे ध्येय साध्य करण्यासाठी एक लघु आणि अत्यंत विश्वासार्ह उपाय आहे.

उपग्रह पेलोड तापमान नियंत्रण: उपग्रहांवरील अचूक उपकरणांसाठी स्थिर थर्मल वातावरण प्रदान करणे.

चौथा. आव्हाने आणि भविष्यातील संभावना

मुख्य आव्हान: पारंपारिक कंप्रेसर कूलिंगच्या तुलनेत TEC मॉड्यूल पेल्टियर मॉड्यूल (थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल) ची तुलनेने कमी ऊर्जा कार्यक्षमता ही सर्वात मोठी कमतरता आहे. त्याची थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग कार्यक्षमता कार्नोट सायकलपेक्षा खूपच कमी आहे.

भविष्यातील दृष्टीकोन

मटेरियल ब्रेकथ्रू हे अंतिम ध्येय आहे: जर खोलीच्या तापमानाजवळ 3.0 किंवा त्याहून अधिक थर्मोइलेक्ट्रिक श्रेष्ठता मूल्य असलेले नवीन मटेरियल शोधले किंवा संश्लेषित केले जाऊ शकले (सध्या, व्यावसायिक Bi₂Te₃ अंदाजे 1.0 आहे), तर ते संपूर्ण उद्योगात क्रांती घडवून आणेल.

सिस्टम इंटिग्रेशन आणि इंटेलिजन्स: भविष्यातील स्पर्धा "वैयक्तिक टीईसी कामगिरी" वरून "टीईसी+ हीट डिसिपेशन + कंट्रोल" या एकूण सिस्टम सोल्यूशनच्या क्षमतेकडे वळेल. भाकित तापमान नियंत्रणासाठी एआय सोबत एकत्र येणे ही देखील एक दिशा आहे.

खर्चात कपात आणि बाजारपेठेत प्रवेश: उत्पादन प्रक्रिया आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादनाच्या परिपक्वतेसह, TEC च्या खर्चात आणखी घट होण्याची अपेक्षा आहे, ज्यामुळे ते अधिक मध्यम श्रेणीच्या आणि अगदी मोठ्या बाजारपेठांमध्ये प्रवेश करतील.

थोडक्यात, जागतिक थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर उद्योग सध्या अनुप्रयोग-चालित आणि सहयोगी नवोपक्रम विकासाच्या टप्प्यात आहे. जरी मूलभूत साहित्यांमध्ये कोणतेही क्रांतिकारी बदल झाले नसले तरी, अभियांत्रिकी तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे आणि अपस्ट्रीम आणि डाउनस्ट्रीम तंत्रज्ञानासह खोल एकात्मतेमुळे, TEC मॉड्यूल पेल्टियर मॉड्यूल, पेल्टियर कूलर वाढत्या संख्येने उदयोन्मुख आणि उच्च-मूल्य असलेल्या क्षेत्रांमध्ये त्याचे अपूरणीय स्थान शोधत आहे, जो मजबूत चैतन्य दर्शवित आहे.