வெப்பமின் குளிர்விப்பு தொகுதிகளின் சமீபத்திய வளர்ச்சி சாதனைகள்

வெப்பமின் குளிர்விப்பு தொகுதிகளின் சமீபத்திய வளர்ச்சி சாதனைகள்

I. பொருட்கள் மற்றும் செயல்திறன் வரம்புகள் குறித்த திருப்புமுனை ஆராய்ச்சி

1. “ஃபோனான் கண்ணாடி – மின்னணுப் படிகம்” என்ற கருத்தாக்கத்தை ஆழப்படுத்துதல்: •

சமீபத்திய சாதனை: ஆராய்ச்சியாளர்கள், அதிவேகக் கணினி மற்றும் இயந்திரக் கற்றல் மூலம், மிகக் குறைந்த படிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் மற்றும் உயர் சீபெக் குணகம் கொண்ட சாத்தியமான பொருட்களைக் கண்டறியும் பரிசோதனை செயல்முறையை விரைவுபடுத்தியுள்ளனர். உதாரணமாக, அவர்கள் சிக்கலான படிக அமைப்புகளைக் கொண்ட ஸின்டில் கட்டச் சேர்மங்களையும் (YbCd2Sb2 போன்றவை) மற்றும் கூண்டு வடிவச் சேர்மங்களையும் கண்டுபிடித்துள்ளனர்; இவற்றின் ZT மதிப்புகள், குறிப்பிட்ட வெப்பநிலை வரம்புகளுக்குள், பாரம்பரிய Bi2Te3-ஐ விட அதிகமாக உள்ளன.

"என்ட்ரோபி பொறியியல்" உத்தி: உயர்-என்ட்ரோபி கலப்புலோகங்கள் அல்லது பல-கூறு திடக் கரைசல்களில் உட்கூறு ஒழுங்கின்மையை அறிமுகப்படுத்துவது, மின் பண்புகளைப் பெரிதாகப் பாதிக்காமல் வெப்பக் கடத்துத்திறனைக் கணிசமாகக் குறைப்பதற்காக ஃபோனான்களை வலுவாகச் சிதறடிப்பதால், வெப்பமின்னியல் தகுதி எண்ணை மேம்படுத்துவதற்கான ஒரு பயனுள்ள புதிய அணுகுமுறையாக உருவெடுத்துள்ளது.

2. குறைந்த பரிமாண மற்றும் நானோ கட்டமைப்புகளில் முன்னணி முன்னேற்றங்கள்:

இரு பரிமாண வெப்பமின்னியல் பொருட்கள்: ஒற்றை அடுக்கு/ஒற்றை அடுக்கு SnSe, MoS₂ போன்றவற்றின் மீதான ஆய்வுகள், அவற்றின் குவாண்டம் சிறைப்படுத்தல் விளைவு மற்றும் மேற்பரப்பு நிலைகள் மிக அதிக ஆற்றல் காரணிகளுக்கும் மிகக் குறைந்த வெப்பக் கடத்துத்திறனுக்கும் வழிவகுக்கும் என்பதைக் காட்டியுள்ளன. இது, மிக மெல்லிய, நெகிழ்வான நுண்-வெப்பமின்னியல் குளிர்விப்பான்களை (micro thermoelectric cooling modules), நுண் பெல்டியர் குளிர்விப்பான்களை (நுண் பெல்டியர் கூறுகள்) உருவாக்குவதற்கான சாத்தியத்தை வழங்குகிறது.

நானோமீட்டர் அளவிலான இடைமுகப் பொறியியல்: தானிய எல்லைகள், இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் நானோ-கட்ட வீழ்படிவுகள் போன்ற நுண் கட்டமைப்புகளை "ஃபோனான் வடிகட்டிகளாக" துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துதல்; இவை வெப்பக் கடத்திகளை (ஃபோனான்களை) தேர்ந்தெடுத்துச் சிதறடித்து, எலக்ட்ரான்களைச் சீராகக் கடந்து செல்ல அனுமதிப்பதன் மூலம், வெப்பமின்னியல் அளவுருக்களின் (கடத்துத்திறன், சீபெக் குணகம், வெப்பக் கடத்துத்திறன்) பாரம்பரிய இணைப்பு உறவை உடைக்கின்றன.

II. புதிய குளிரூட்டும் பொறிமுறைகள் மற்றும் சாதனங்கள் குறித்த ஆய்வு

1. ஆன்-அடிப்படையிலான வெப்பமின் குளிர்விப்பு:

இது ஒரு புரட்சிகரமான புதிய திசையாகும். ஒரு மின்புலத்தின் கீழ், எலக்ட்ரான்கள்/துளைகளுக்குப் பதிலாக அயனிகளின் இடப்பெயர்வு மற்றும் நிலை மாற்றத்தை (மின்பகுப்பு மற்றும் திண்மமாதல் போன்றவை) பயன்படுத்துவதன் மூலம் திறமையான வெப்ப உறிஞ்சுதலை அடையலாம். சமீபத்திய ஆராய்ச்சியின்படி, சில அயனிக் கூழ்மங்கள் அல்லது திரவ மின்பகுளிகள், குறைந்த மின்னழுத்தங்களில், பாரம்பரிய TEC-கள், பெல்டியர் தொகுதிகள், TEC தொகுதிகள், வெப்பமின் குளிர்விப்பான்களை விட மிகப் பெரிய வெப்பநிலை வேறுபாடுகளை உருவாக்க முடியும். இது நெகிழ்வான, சத்தமற்ற மற்றும் மிகவும் திறமையான அடுத்த தலைமுறை குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சிக்கு முற்றிலும் புதிய பாதையைத் திறக்கிறது.

2. மின் அட்டைகள் மற்றும் அழுத்த அட்டைகளைப் பயன்படுத்தி குளிரூட்டலைச் சிறுமைப்படுத்தும் முயற்சிகள்: •

வெப்பமின் விளைவின் ஒரு வடிவம் இல்லாவிட்டாலும், திடநிலை குளிர்வித்தலுக்கான ஒரு போட்டித் தொழில்நுட்பமாக, பாலிமர்கள் மற்றும் பீங்கான்கள் போன்ற பொருட்கள் மின்புலங்கள் அல்லது அழுத்தத்தின் கீழ் குறிப்பிடத்தக்க வெப்பநிலை மாறுபாடுகளை வெளிப்படுத்தக்கூடும். மிகக் குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட நுண் குளிர்வித்தல் தீர்வுகளைக் கண்டறியும் பொருட்டு, சமீபத்திய ஆராய்ச்சியானது மின்வெப்ப/அழுத்தவெப்பப் பொருட்களைச் சிறுமைப்படுத்தி வரிசைப்படுத்தவும், வெப்பமின் விளைவு (TEC), பெல்டியர் தொகுதி, வெப்பமின் குளிர்வித்தல் தொகுதி, பெல்டியர் சாதனம் ஆகியவற்றுடன் ஒரு கொள்கை அடிப்படையிலான ஒப்பீடு மற்றும் போட்டியை நடத்தவும் முயற்சிக்கிறது.

III. அமைப்பு ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் பயன்பாட்டுப் புத்தாக்கத்தின் எல்லைகள்

1. சிப்-நிலை வெப்பச் சிதறலுக்கான சிப்பினுள் ஒருங்கிணைப்பு:

சமீபத்திய ஆராய்ச்சி மைக்ரோ டெக்-ஐ ஒருங்கிணைப்பதில் கவனம் செலுத்துகிறது.மைக்ரோ தெர்மோ எலக்ட்ரிக் தொகுதி(தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கூலிங் மாட்யூல்), பெல்டியர் கூறுகள் மற்றும் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சில்லுகள் ஆகியவை ஒரே சில்லில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டுள்ளன. MEMS (மைக்ரோ-எலக்ட்ரோ-மெக்கானிக்கல் சிஸ்டம்ஸ்) தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, நுண் அளவிலான தெர்மோஎலக்ட்ரிக் நெடுவரிசை வரிசைகள் சில்லின் பின்புறத்தில் நேரடியாக உருவாக்கப்படுகின்றன. இது CPU/GPU-களின் உள்ளூர் வெப்பப் பகுதிகளுக்கு "புள்ளிக்கு-புள்ளி" நிகழ்நேர செயல்திறன் மிக்க குளிரூட்டலை வழங்குகிறது. இதன் மூலம் வான் நியூமன் கட்டமைப்பின் கீழ் உள்ள வெப்பத் தடையை உடைக்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. எதிர்கால கணினி ஆற்றல் சில்லுகளின் "வெப்பச் சுவர்" பிரச்சனைக்கான மிகச்சிறந்த தீர்வுகளில் ஒன்றாக இது கருதப்படுகிறது.

2. அணியக்கூடிய மற்றும் நெகிழ்வான மின்னணு சாதனங்களுக்கான சுய ஆற்றல் வெப்ப மேலாண்மை:

வெப்பமின் சக்தி உற்பத்தி மற்றும் குளிர்வித்தல் ஆகிய இரட்டைச் செயல்பாடுகளை ஒருங்கிணைக்கிறது. நீட்டிக்கக்கூடிய மற்றும் அதிக வலிமை கொண்ட நெகிழ்வான வெப்பமின் இழைகளின் உருவாக்கம் சமீபத்திய சாதனைகளில் அடங்கும். இவை வெப்பநிலை வேறுபாடுகளைப் பயன்படுத்தி அணியக்கூடிய சாதனங்களுக்கு மின்சாரத்தை உருவாக்குவது மட்டுமல்லாமல், வேறு பல நன்மைகளையும் அளிக்கின்றன.மேலும், எதிர் மின்னோட்டத்தின் மூலம் குறிப்பிட்ட இடங்களுக்குக் குளிரூட்டவும் (உதாரணமாக, சிறப்புப் பணிச் சீருடைகளைக் குளிரூட்டுதல்) முடியும்.ஒருங்கிணைந்த ஆற்றல் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மையை அடைதல்.

3. குவாண்டம் தொழில்நுட்பம் மற்றும் உயிரி உணர்தலில் துல்லியமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு:

குவாண்டம் பிட்கள் மற்றும் அதிக உணர்திறன் கொண்ட சென்சார்கள் போன்ற அதிநவீன துறைகளில், மில்லிகெல்வின் (mK) அளவில் மிகத் துல்லியமான வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு இன்றியமையாதது. சமீபத்திய ஆராய்ச்சி, மிக அதிகத் துல்லியத்துடன் (±0.001°C) கூடிய பல-நிலை TEC, பல-நிலை பெல்டியர் மாட்யூல் (தெர்மோஎலக்ட்ரிக் கூலிங் மாட்யூல்) அமைப்புகளில் கவனம் செலுத்துகிறது. மேலும், குவாண்டம் கணினி தளங்கள் மற்றும் ஒற்றை-மூலக்கூறு கண்டறியும் சாதனங்களுக்கு மிக நிலையான வெப்பச் சூழலை உருவாக்கும் நோக்கில், செயல்திறன் மிக்க இரைச்சல் நீக்கத்திற்காக TEC மாட்யூல், பெல்டியர் சாதனம், பெல்டியர் கூலர் ஆகியவற்றின் பயன்பாட்டை ஆராய்கிறது.

IV. உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் உகப்பாக்கத் தொழில்நுட்பங்களில் புதுமை

செயற்கை நுண்ணறிவு சார்ந்த வடிவமைப்பு: பரந்த வெப்பநிலை வரம்பிற்குள் அதிகபட்ச குளிரூட்டும் குணகத்தை அடைவதற்காக, உகந்த பல அடுக்கு, பிரிவுபடுத்தப்பட்ட பொருள் கலவை மற்றும் சாதன வடிவவியலைக் கணித்து, "பொருள்-கட்டமைப்பு-செயல்திறன்" தலைகீழ் வடிவமைப்பிற்காக செயற்கை நுண்ணறிவை (உருவாக்கப் பகைமை வலையமைப்புகள், வலுவூட்டல் கற்றல் போன்றவை) பயன்படுத்துவதன் மூலம், ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டுச் சுழற்சியைக் கணிசமாகக் குறைத்தல்.

சுருக்கம்:

பெல்டியர் உறுப்பு, வெப்பமின்னியல் குளிரூட்டும் தொகுதி (TEC தொகுதி) ஆகியவற்றின் சமீபத்திய ஆராய்ச்சி சாதனைகள் "மேம்பாடு" என்பதிலிருந்து "மாற்றம்" என்பதை நோக்கி நகர்கின்றன. அதன் முக்கிய அம்சங்கள் பின்வருமாறு: •

பொருள் நிலை: மொத்த டோப்பிங் முதல் அணு நிலை இடைமுகங்கள் மற்றும் என்ட்ரோபி பொறியியல் கட்டுப்பாடு வரை.

அடிப்படை மட்டத்தில்: எலக்ட்ரான்களைச் சார்ந்திருப்பதிலிருந்து, அயனிகள் மற்றும் போலரான்கள் போன்ற புதிய மின்னூட்டக் கடத்திகளை ஆராய்வது வரை.

ஒருங்கிணைப்பு நிலை: தனித்தனி பாகங்கள் முதல் சில்லுகள், துணிகள் மற்றும் உயிரியல் சாதனங்களுடன் ஆழமான ஒருங்கிணைப்பு வரை.

இலக்கு நிலை: பேரளவு குளிரூட்டலில் இருந்து, குவாண்டம் கணினி மற்றும் ஒருங்கிணைந்த ஒளியியல் மின்னணுவியல் போன்ற அதிநவீன தொழில்நுட்பங்களின் வெப்ப மேலாண்மை சவால்களை எதிர்கொள்வதை நோக்கி நகர்தல்.

இந்த முன்னேற்றங்கள், எதிர்கால வெப்பமின் குளிர்விப்புத் தொழில்நுட்பங்கள் அதிக செயல்திறன் மிக்கதாகவும், சிறியதாகவும், அறிவார்ந்ததாகவும், மேலும் அடுத்த தலைமுறை தகவல் தொழில்நுட்பம், உயிரித் தொழில்நுட்பம் மற்றும் ஆற்றல் அமைப்புகளின் மையத்துடன் ஆழமாக ஒருங்கிணைக்கப்பட்டதாகவும் இருக்கும் என்பதைக் காட்டுகின்றன.