Новата посока на развитие на термоелектрическата охладителна индустрия
Термоелектричните охладители, известни още като термоелектрични охладителни модули, имат незаменими предимства в специфични области, благодарение на своите характеристики като липса на движещи се части, прецизен контрол на температурата, малък размер и висока надеждност. През последните години не е постигнат революционен пробив в основните материали в тази област, но е постигнат значителен напредък в оптимизацията на материалите, проектирането на системи и разширяването на приложенията.
Следват няколко основни нови насоки за развитие:
I. Напредък в основните материали и устройства
Непрекъсната оптимизация на производителността на термоелектрическите материали
Оптимизация на традиционни материали (на базата на Bi₂Te₃): Бисмутово-телуровите съединения остават най-добре представящите се материали близо до стайна температура. Настоящият фокус на изследванията е върху по-нататъшното повишаване на тяхната термоелектрическа стойност чрез процеси като наноразмеряване, легиране и текстуриране. Например, чрез производство на нанопроводници и свръхрешетъчни структури за подобряване на разсейването на фононите и намаляване на топлопроводимостта, ефективността може да се подобри, без това да повлияе значително на електрическата проводимост.
Изследване на нови материали: Въпреки че все още не са търговски достъпни в голям мащаб, изследователите проучват нови материали като SnSe, Mg₃Sb₂ и CsBi₄Te₆, които могат да имат по-висок потенциал от Bi₂Te₃ в специфични температурни зони, предлагайки възможност за бъдещи скокове в производителността.
Иновации в структурата на устройството и процеса на интеграция
Миниатюризация и аранжиране: За да се отговорят на изискванията за разсейване на топлината на микроустройства като потребителска електроника (като задни скоби за разсейване на топлината на мобилни телефони) и оптични комуникационни устройства, производственият процес на micro-TEC (микро термоелектрически охлаждащи модули, миниатюрни термоелектрически модули) става все по-усъвършенстван. Възможно е да се произвеждат модули на Пелтие, охладители на Пелтие, устройства на Пелтие, термоелектрически устройства с размер само 1×1 мм или дори по-малки, и те могат да бъдат гъвкаво интегрирани в масиви за постигане на прецизно локално охлаждане.
Гъвкав TEC модул (модул на Пелтие): Това е нововъзникваща гореща тема. Чрез използване на технологии като печатна електроника и гъвкави материали се произвеждат непланарни TEC модули, устройства на Пелтие, които могат да се огъват и залепват. Това има широки перспективи в области като носими електронни устройства и локална биомедицина (като преносими студени компреси).
Оптимизация на многостепенна структура: За сценарии, изискващи по-голяма температурна разлика, многостепенният TEC модул и многостепенните термоелектрически охлаждащи модули остават основното решение. Настоящият напредък се отразява в структурния дизайн и процесите на свързване, целящи намаляване на междустепенното термично съпротивление, повишаване на общата надеждност и максималната температурна разлика.
II. Разширяване на приложенията и решенията на системно ниво
В момента това е най-динамичната област, където могат да се наблюдават директно нови развития.
Коеволюцията на технологията за разсейване на топлината от хотендовете
Ключовият фактор, ограничаващ производителността на TEC модула, термоелектрическия модул или модула на Пелтие, често е капацитетът за разсейване на топлината в горещия край. Подобряването на производителността на TEC се подсилва взаимно с разработването на високоефективна технология за радиатори.
Комбинация с VC парни камери/топлинни тръби: В областта на потребителската електроника, TEC модулът, устройството на Пелтие, често се комбинира с вакуумни парни камери. TEC модулът, охладителят на Пелтие, е отговорен за активното създаване на нискотемпературна зона, докато VC ефективно разсейва топлината от горещия край на TEC модула, елемента на Пелтие, към по-големите ребра за разсейване на топлината, образувайки системно решение за „активно охлаждане + ефективно топлопроводимост и отвеждане“. Това е нова тенденция в модулите за разсейване на топлината за геймърски телефони и висок клас графични карти.
Комбинация със системи за течно охлаждане: В области като центрове за данни и мощни лазери, TEC модулът се комбинира със системи за течно охлаждане. Чрез използване на изключително високия специфичен топлинен капацитет на течностите, топлината в горещия край на термоелектрическия модул на TEC модула се отвежда, постигайки безпрецедентно ефективен охлаждащ капацитет.
Интелигентно управление и управление на енергийната ефективност
Съвременните термоелектрични охладителни системи все по-често интегрират високопрецизни температурни сензори и PID/PWM контролери. Чрез регулиране на входния ток/напрежение на термоелектрическия модул, TEC модула, модула на Пелтие в реално време чрез алгоритми, може да се постигне температурна стабилност от ±0,1℃ или дори по-висока, като същевременно се избягва презареждане и трептене и се пести енергия.
Импулсен режим на работа: За някои приложения, използването на импулсно захранване вместо непрекъснато захранване може да отговори на изискванията за моментално охлаждане, като същевременно значително намалява общата консумация на енергия и балансира топлинното натоварване.
Iii. Развиващи се и бързорастящи области на приложение
Разсейване на топлината за потребителска електроника
Геймърски телефони и аксесоари за електронни спортове: Това е една от най-големите точки на растеж на пазара на термоелектрически охлаждащи модули, TEC модули и плетерни модули през последните години. Активната охлаждаща задна скоба е оборудвана с вградени термоелектрически модули (TEC модули), които могат директно да потискат температурата на SoC на телефона под околната температура, осигурявайки непрекъсната висока производителност по време на игра.
Лаптопи и настолни компютри: Някои лаптопи и графични карти от висок клас (като например референтните карти NVIDIA RTX серия 30/40) започнаха да се опитват да интегрират TEC модули, термоелектрически модули, които да подпомогнат охлаждането на основните чипове.
Оптична комуникация и центрове за данни
5G/6G оптични модули: Лазерите (DFB/EML) във високоскоростните оптични модули са изключително чувствителни към температурата и изискват TEC за прецизна постоянна температура (обикновено в рамките на ±0,5℃), за да се гарантира стабилност на дължината на вълната и качество на предаване. С развитието на скоростите на предаване на данни към 800G и 1,6T, търсенето и изискванията за TEC модули, термоелектрически модули, охладители на Пелтие и елементи на Пелтие се увеличават.
Локално охлаждане в центрове за данни: Фокусирането върху горещи точки като процесори (CPU) и графични процесори (GPU), използването на TEC модул за целенасочено подобрено охлаждане е едно от направленията на изследване за подобряване на енергийната ефективност и плътността на изчисленията в центровете за данни.
Автомобилна електроника
Лидар, монтиран на превозно средство: Основният лазерен излъчвател на лидара изисква стабилна работна температура. TEC е ключов компонент, който осигурява нормалната му работа в тежки условия на монтиране на превозно средство (-40℃ до +105℃).
Интелигентни пилотски кабини и висок клас информационно-развлекателни системи: С нарастващата изчислителна мощност на вградените в автомобилите чипове, техните изисквания за разсейване на топлината постепенно се изравняват с тези на потребителската електроника. Очаква се TEC модулът, TE охладителят, да бъде приложен в бъдещите модели автомобили от висок клас.
Медицински и биологични науки
Преносимите медицински устройства, като PCR инструменти и ДНК секвенатори, изискват бързо и прецизно циклиране на температурата, а TEC, пелтие модулът е основният компонент за контрол на температурата. Тенденцията за миниатюризация и преносимост на оборудването е довела до разработването на микро и ефективен TEC, пелтие охладител.
Козметични устройства: Някои висококачествени козметични устройства използват ефекта на Пелтие на TEC, устройство на Пелтие, за да постигнат прецизни функции за студен и топъл компрес.
Аерокосмически и специални среди
Охлаждане на инфрачервени детектори: Във военната, аерокосмическата и научноизследователската област, инфрачервените детектори трябва да се охлаждат до изключително ниски температури (например под -80℃), за да се намали шумът. Многостепенният TEC модул, многостепенният модул на Пелтие и многостепенният термоелектрически модул са миниатюрно и високонадеждно решение за постигане на тази цел.
Контрол на температурата на сателитния полезен товар: Осигуряване на стабилна топлинна среда за прецизни инструменти на сателитите.
Iv. Предизвикателства и бъдещи перспективи
Основното предизвикателство: Сравнително ниската енергийна ефективност остава най-големият недостатък на TEC модула на Пелтие (термоелектричен модул) в сравнение с традиционното компресорно охлаждане. Термоелектрическата му охлаждаща ефективност е много по-ниска от тази на цикъла на Карно.
Бъдещи перспективи
Крайната цел е пробив в материалите: ако могат да бъдат открити или синтезирани нови материали със стойност на термоелектрическо превъзходство от 3,0 или по-висока близо до стайна температура (в момента търговският Bi₂Te₃ е приблизително 1,0), това ще предизвика революция в цялата индустрия.
Системна интеграция и интелигентност: Бъдещата конкуренция ще се измести повече от „индивидуална TEC производителност“ към възможностите на цялостно системно решение „TEC + разсейване на топлината + контрол“. Комбинирането с изкуствен интелект за прогнозен контрол на температурата също е посока.
Намаляване на разходите и навлизане на пазара: С развитието на производствените процеси и мащабното производство се очаква разходите на TEC да намалеят допълнително, като по този начин ще навлезе в по-средния и дори масовия пазар.
В обобщение, световната индустрия за термоелектрически охладители понастоящем се намира в етап на развитие, основано на приложения и съвместни иновации. Въпреки че не са настъпили революционни промени в основните материали, чрез напредъка на инженерните технологии и дълбоката интеграция с технологиите нагоре и надолу по веригата, TEC модулът Peltier и охладителят Peltier намират своето незаменимо място във все по-голям брой нововъзникващи и висококачествени области, демонстрирайки силна жизненост.
Време на публикуване: 30 октомври 2025 г.
