ຜົນສຳເລັດການພັດທະນາລ່າສຸດຂອງໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ

ຜົນສຳເລັດການພັດທະນາລ່າສຸດຂອງໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ

I. ການຄົ້ນຄວ້າທີ່ກ້າວໜ້າກ່ຽວກັບວັດສະດຸ ແລະ ຂໍ້ຈຳກັດດ້ານປະສິດທິພາບ

1. ການເລິກເຊິ່ງຂອງແນວຄວາມຄິດຂອງ “ແກ້ວໂຟນອນ - ຜລຶກເອເລັກໂຕຣນິກ”: •

ຜົນສຳເລັດລ່າສຸດ: ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ເລັ່ງຂະບວນການກວດສອບວັດສະດຸທີ່ມີທ່າແຮງທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງໂຄງຮ່າງຕ່ຳຫຼາຍ ແລະ ສຳປະສິດ Seebeck ສູງຜ່ານການຄຳນວນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ການຮຽນຮູ້ຂອງເຄື່ອງຈັກ. ຕົວຢ່າງ, ພວກເຂົາໄດ້ຄົ້ນພົບສານປະກອບໄລຍະ Zintl (ເຊັ່ນ YbCd2Sb2) ທີ່ມີໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ສັບສົນ ແລະ ສານປະກອບຮູບຊົງກະຕ່າ, ເຊິ່ງຄ່າ ZT ຂອງມັນຈະສູງກວ່າ Bi2Te3 ແບບດັ້ງເດີມພາຍໃນຂອບເຂດອຸນຫະພູມສະເພາະ. •

ຍຸດທະສາດ “ວິສະວະກຳເອນໂທຣປີ”: ການນຳສະເໜີຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງອົງປະກອບໃນໂລຫະປະສົມເອນໂທຣປີສູງ ຫຼື ສານລະລາຍແຂງຫຼາຍອົງປະກອບ, ເຊິ່ງກະແຈກກະຈາຍໂຟນອນຢ່າງແຂງແຮງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍບໍ່ມີການທຳລາຍຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າຢ່າງຮ້າຍແຮງ, ໄດ້ກາຍເປັນວິທີການໃໝ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນການເສີມຂະຫຍາຍຕົວເລກທາງຄວາມຮ້ອນຂອງຄຸນນະພາບ.

2. ຄວາມກ້າວໜ້າດ້ານຊາຍແດນໃນໂຄງສ້າງຂະໜາດຕ່ຳ ແລະ ໂຄງສ້າງຂະໜາດນາໂນ:

ວັດສະດຸຄວາມຮ້ອນສອງມິຕິ: ການສຶກສາກ່ຽວກັບ SnSe, MoS₂, ແລະອື່ນໆ ຊັ້ນດຽວ/ຊັ້ນດຽວ ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຜົນກະທົບຂອງການກັກຂັງ quantum ແລະສະຖານະພື້ນຜິວຂອງມັນສາມາດນໍາໄປສູ່ປັດໄຈພະລັງງານທີ່ສູງຫຼາຍ ແລະ ການນໍາຄວາມຮ້ອນຕໍ່າຫຼາຍ, ເຊິ່ງສະໜອງຄວາມເປັນໄປໄດ້ສໍາລັບການຜະລິດ micro-TECs ທີ່ບາງ ແລະ ຍືດຫຍຸ່ນໄດ້. ໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນຈຸນລະພາກ, ເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນຈຸນລະພາກ peltier (ອົງປະກອບ Micro peltier).

ວິສະວະກຳການໂຕ້ຕອບຂະໜາດນາໂນແມັດ: ການຄວບຄຸມໂຄງສ້າງຈຸນລະພາກຢ່າງແນ່ນອນ ເຊັ່ນ: ຂອບເຂດຂອງເມັດ, ການເຄື່ອນທີ່, ແລະ ການຕົກຕະກອນຂອງນາໂນເຟສ, ໃນຖານະ “ຕົວກອງໂຟນອນ”, ກະແຈກກະຈາຍຕົວນຳຄວາມຮ້ອນ (ໂຟນອນ) ຢ່າງເລືອກເຟັ້ນ ໃນຂະນະທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນຜ່ານໄດ້ຢ່າງລຽບງ່າຍ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງທຳລາຍຄວາມສຳພັນແບບດັ້ງເດີມຂອງຕົວກຳນົດຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າ (ຄວາມນຳໄຟຟ້າ, ສຳປະສິດ Seebeck, ຄວາມນຳໄຟຟ້າຄວາມຮ້ອນ).

II. ການຄົ້ນຄວ້າກົນໄກ ແລະ ອຸປະກອນເຮັດຄວາມເຢັນແບບໃໝ່

1. ການເຮັດໃຫ້ເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນແບບອີງໃສ່:

ນີ້ແມ່ນທິດທາງໃໝ່ທີ່ປະຕິວັດ. ໂດຍການນຳໃຊ້ການເຄື່ອນຍ້າຍ ແລະ ການຫັນປ່ຽນໄລຍະ (ເຊັ່ນ: ການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້າ ແລະ ການແຂງຕົວ) ຂອງໄອອອນ (ແທນທີ່ຈະເປັນເອເລັກຕຣອນ/ຮູ) ພາຍໃຕ້ສະໜາມໄຟຟ້າເພື່ອໃຫ້ໄດ້ການດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບ. ການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເຈວໄອອອນ ຫຼື ເອເລັກໂຕຣໄລຂອງແຫຼວບາງຊະນິດສາມາດສ້າງຄວາມແຕກຕ່າງຂອງອຸນຫະພູມໄດ້ຫຼາຍກ່ວາ TEC ແບບດັ້ງເດີມ, ໂມດູນ peltier, ໂມດູນ TEC, ເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນ Thermoelectric, ທີ່ແຮງດັນຕ່ຳ, ເປີດເສັ້ນທາງໃໝ່ທັງໝົດສຳລັບການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີເຮັດຄວາມເຢັນລຸ້ນຕໍ່ໄປທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ງຽບ ແລະ ມີປະສິດທິພາບສູງ.

2. ຄວາມພະຍາຍາມໃນການຫຍໍ້ຂະໜາດຂອງເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນໂດຍໃຊ້ບັດໄຟຟ້າ ແລະ ບັດຄວາມດັນ: •

ເຖິງແມ່ນວ່າບໍ່ແມ່ນຮູບແບບຂອງຜົນກະທົບທາງຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າ, ແຕ່ໃນຖານະເປັນເທັກໂນໂລຢີທີ່ແຂ່ງຂັນສຳລັບການເຮັດຄວາມເຢັນແບບແຂງ, ​​ວັດສະດຸຕ່າງໆ (ເຊັ່ນ: ໂພລີເມີ ແລະ ເຊລາມິກ) ສາມາດສະແດງການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມທີ່ສຳຄັນພາຍໃຕ້ສະໜາມໄຟຟ້າ ຫຼື ຄວາມກົດດັນ. ການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດກຳລັງພະຍາຍາມຫຍໍ້ ແລະ ຈັດລຽງວັດສະດຸໄຟຟ້າ/ຄວາມກົດດັນ, ແລະ ດຳເນີນການປຽບທຽບ ແລະ ການແຂ່ງຂັນໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການກັບ TEC, ໂມດູນ peltier, ໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າ, ອຸປະກອນ Peltier ເພື່ອຄົ້ນຫາວິທີແກ້ໄຂການເຮັດຄວາມເຢັນຈຸນລະພາກພະລັງງານຕ່ຳຫຼາຍ.

III. ຂອບເຂດຂອງການເຊື່ອມໂຍງລະບົບ ແລະ ນະວັດຕະກໍາແອັບພລິເຄຊັນ

1. ການເຊື່ອມໂຍງໃນຊິບສຳລັບການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ “ລະດັບຊິບ”:

ການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດສຸມໃສ່ການລວມເອົາ micro TECໂມດູນຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າຈຸນລະພາກ， (ໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ), ອົງປະກອບ peltier, ແລະຊິບທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນແບບດ່ຽວ (ໃນຊິບດຽວ). ໂດຍການໃຊ້ເທັກໂນໂລຢີ MEMS (ລະບົບກົນຈັກຈຸນລະພາກ), ແຖວຖັນຄວາມຮ້ອນຂະໜາດຈຸນລະພາກແມ່ນຜະລິດໂດຍກົງຢູ່ດ້ານຫຼັງຂອງຊິບເພື່ອໃຫ້ຄວາມເຢັນແບບເຄື່ອນໄຫວແບບ "ຈຸດຕໍ່ຈຸດ" ແບບເວລາຈິງສຳລັບຈຸດຮ້ອນໃນທ້ອງຖິ່ນຂອງ CPU/GPU, ເຊິ່ງຄາດວ່າຈະທຳລາຍບັນຫາຄໍຂວດຄວາມຮ້ອນພາຍໃຕ້ສະຖາປັດຕະຍະກຳ Von Neumann. ນີ້ຖືວ່າເປັນໜຶ່ງໃນວິທີແກ້ໄຂສຸດທ້າຍສຳລັບບັນຫາ "ກຳແພງຄວາມຮ້ອນ" ຂອງຊິບພະລັງງານຄອມພິວເຕີໃນອະນາຄົດ.

2. ການຈັດການຄວາມຮ້ອນດ້ວຍພະລັງງານດ້ວຍຕົນເອງສຳລັບອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສວມໃສ່ໄດ້ ແລະ ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ:

ການລວມເອົາໜ້າທີ່ສອງຢ່າງຂອງການຜະລິດພະລັງງານຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າ ແລະ ການເຮັດໃຫ້ເຢັນ. ຜົນສຳເລັດລ່າສຸດລວມມີການພັດທະນາເສັ້ນໄຍຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ ແລະ ມີຄວາມແຂງແຮງສູງ. ສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ສາມາດຜະລິດໄຟຟ້າສຳລັບອຸປະກອນທີ່ສວມໃສ່ໄດ້ໂດຍການນຳໃຊ້ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງອຸນຫະພູມເທົ່ານັ້ນ.， ແຕ່ຍັງບັນລຸການລະບາຍຄວາມຮ້ອນໃນທ້ອງຖິ່ນ (ເຊັ່ນ: ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນເຄື່ອງແບບພິເສດເຮັດວຽກ) ຜ່ານກະແສໄຟຟ້າປີ້ນກັບກັນ， ບັນລຸການຄຸ້ມຄອງພະລັງງານ ແລະ ຄວາມຮ້ອນແບບປະສົມປະສານ.

3. ການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມທີ່ຊັດເຈນໃນເຕັກໂນໂລຊີ quantum ແລະ biosensing:

ໃນຂົງເຂດທີ່ທັນສະໄໝເຊັ່ນ: ບິດຄວອນຕຳ ແລະ ເຊັນເຊີທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ, ການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງໃນລະດັບ mK (millikelvin) ແມ່ນມີຄວາມຈຳເປັນ. ການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດແມ່ນສຸມໃສ່ລະບົບ TEC ຫຼາຍຂັ້ນຕອນ, ໂມດູນ peltier ຫຼາຍຂັ້ນຕອນ (ໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ) ທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງຫຼາຍ (±0.001°C) ແລະ ສຳຫຼວດການນຳໃຊ້ໂມດູນ TEC, ອຸປະກອນ peltier, ເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນ peltier, ສຳລັບການຕັດສຽງລົບກວນຢ່າງຫ້າວຫັນ, ໂດຍມີຈຸດປະສົງເພື່ອສ້າງສະພາບແວດລ້ອມຄວາມຮ້ອນທີ່ໝັ້ນຄົງທີ່ສຸດສຳລັບແພລດຟອມການປະມວນຜົນຄວອນຕຳ ແລະ ອຸປະກອນກວດຈັບໂມເລກຸນດ່ຽວ.

IV. ນະວັດຕະກໍາໃນເຕັກໂນໂລຊີການຈໍາລອງ ແລະ ການເພີ່ມປະສິດທິພາບ

ການອອກແບບທີ່ຂັບເຄື່ອນດ້ວຍປັນຍາປະດິດ: ການນຳໃຊ້ AI (ເຊັ່ນ: ເຄືອຂ່າຍການຕໍ່ຕ້ານທີ່ສ້າງສັນ, ການຮຽນຮູ້ແບບເສີມແຮງ) ສຳລັບການອອກແບບແບບປີ້ນກັບກັນ “ໂຄງສ້າງວັດສະດຸ-ປະສິດທິພາບ”, ການຄາດຄະເນສ່ວນປະກອບວັດສະດຸຫຼາຍຊັ້ນ, ແບ່ງສ່ວນ ແລະ ຮູບຮ່າງຂອງອຸປະກອນທີ່ດີທີ່ສຸດເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄ່າສຳປະສິດຄວາມເຢັນສູງສຸດພາຍໃນຊ່ວງອຸນຫະພູມທີ່ກວ້າງ, ເຮັດໃຫ້ວົງຈອນການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ການພັດທະນາສັ້ນລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ສະຫຼຸບ:

ຜົນສຳເລັດການຄົ້ນຄວ້າລ່າສຸດຂອງອົງປະກອບ peltier, ໂມດູນເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ (ໂມດູນ TEC) ກຳລັງກ້າວຈາກ “ການປັບປຸງ” ໄປສູ່ “ການຫັນປ່ຽນ”. ລັກສະນະຫຼັກມີດັ່ງນີ້: •

ລະດັບວັດສະດຸ: ຕັ້ງແຕ່ການໂດບແບບປະລິມານຫຼາຍຈົນເຖິງການໂຕ້ຕອບລະດັບອະຕອມ ແລະ ການຄວບຄຸມວິສະວະກຳເອນໂທຣປີ. •

ໃນລະດັບພື້ນຖານ: ຈາກການອີງໃສ່ເອເລັກຕຣອນ ຈົນເຖິງການສຳຫຼວດຕົວນຳປະຈຸໄຟຟ້າໃໝ່ ເຊັ່ນ: ໄອອອນ ແລະ ໂພລາຣອນ.

ລະດັບການເຊື່ອມໂຍງ: ຈາກອົງປະກອບແຍກຕ່າງຫາກໄປຈົນເຖິງການເຊື່ອມໂຍງຢ່າງເລິກເຊິ່ງກັບຊິບ, ຜ້າ ແລະ ອຸປະກອນທາງຊີວະພາບ.

ລະດັບເປົ້າໝາຍ: ກ້າວຈາກການເຮັດຄວາມເຢັນລະດັບມະຫາພາກໄປສູ່ການແກ້ໄຂບັນຫາການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນຂອງເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝເຊັ່ນ: ການປະມວນຜົນແບບ quantum ແລະ optoelectronics ປະສົມປະສານ.

ຄວາມກ້າວໜ້າເຫຼົ່ານີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າເຕັກໂນໂລຊີການເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໄຟຟ້າໃນອະນາຄົດຈະມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ, ມີຂະໜາດນ້ອຍລົງ, ສະຫຼາດຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ປະສົມປະສານຢ່າງເລິກເຊິ່ງເຂົ້າໃນຫຼັກຂອງເຕັກໂນໂລຊີຂໍ້ມູນຂ່າວສານ, ເຕັກໂນໂລຊີຊີວະພາບ ແລະ ລະບົບພະລັງງານລຸ້ນຕໍ່ໄປ.