据报道，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员发明了一种热电冷却器，可以显著提高未来大功率电子设备的冷却功率和效率。该器件使用半赫斯勒合金和独特的退火工艺，以产生更高的冷却功率密度和载流子迁移率。
下一代电子产品的发展，将以更小但更强大的组件为特色，需要创新的冷却解决方案。这种新设计的热电冷却器，与现有的商业热电装置相比，显著提高了冷却功率和效率。研究人员认为，这一进展可能有助于在即将到来的大功率电子产品中管理热量。
宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系的研究教授Bed Poudel对该设备的未来应用表示乐观。
“我们的新材料可以为热电设备提供非常高的冷却功率密度。我们能够证明，这种新设备不仅在技术方面具有竞争力，而且优于目前领先的热电冷却模块。新一代电子产品将受益于这一发展。”他说。
热电冷却器的工作原理是在用电时将热量从设备的一侧传递到另一侧。这个过程产生了一个具有明显冷热两面的模块。通过将冷的一面放置在产生热量的电子元件上，如激光二极管或微处理器，多余的热量可以被抽走，有效地控制温度。然而，随着这些组件变得越来越强大，热电冷却器也需要排出更多的热量。
研究人员表示，新开发的热电装置与由碲化铋制成的领先商用装置相比，冷却功率密度增加了210%。最新研究成果已于近期发表在了《自然通讯》杂志上。另外，新装置还保持了类似的性能系数（COP），即有用的冷却与所需能量的比率。
具体而言，这种新颖的装置是由半赫斯勒合金的化合物构成的，这是一类具有独特性能的材料，有望用于热电装置等能源应用。这些材料具有相当的强度、热稳定性和效率。
研究人员采用了一种特殊的退火工艺（控制材料的加热和冷却方式），使他们能够改变和调节材料的微观结构，以消除缺陷。这种方法以前没有用于制造半赫斯勒热电材料。
研究人员进一步解释说，“这解决了制造热电冷却装置的三大挑战中的两个。首先，它可以提供高的冷却功率密度和高COP。这意味着少量的电可以泵出大量的热量。其次，对于高功率激光器或需要从小区域去除大量局部热量的应用，这可以提供最佳解决方案。”
“例如，在激光二极管冷却中，在非常小的区域会产生大量的热量，并且必须将其保持在特定的温度以实现设备的最佳性能。这就是我们的技术可以应用的地方。这对局部高热管理具有光明的前景。”他们说。
他们进一步补充说，“作为一个国家，我们在芯片和科学法案上投入了大量资金，其中一个问题可能是微电子如何处理高功率密度，因为它们变得更小，运行功率更高。这项技术或许能够解决其中的一些挑战。”
