થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ ઉદ્યોગની નવી વિકાસ દિશા

થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ ઉદ્યોગની નવી વિકાસ દિશા

થર્મોઇલેક્ટ્રિક કુલર્સ, જેને થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તેમના ચોક્કસ ક્ષેત્રોમાં બદલી ન શકાય તેવા ફાયદા છે કારણ કે તેમાં કોઈ ગતિશીલ ભાગો નથી, ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ, નાનું કદ અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, આ ક્ષેત્રમાં મૂળભૂત સામગ્રીમાં કોઈ વિક્ષેપકારક પ્રગતિ થઈ નથી, પરંતુ સામગ્રી ઑપ્ટિમાઇઝેશન, સિસ્ટમ ડિઝાઇન અને એપ્લિકેશન વિસ્તરણમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ થઈ છે.

વિકાસના કેટલાક મુખ્ય દિશા નિર્દેશો નીચે મુજબ છે:

I. મુખ્ય સામગ્રી અને ઉપકરણોમાં પ્રગતિ

થર્મોઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીના પ્રદર્શનનું સતત ઑપ્ટિમાઇઝેશન

પરંપરાગત સામગ્રીનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન (Bi₂Te₃-આધારિત): બિસ્મથ ટેલુરિયમ સંયોજનો ઓરડાના તાપમાને શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન કરતી સામગ્રી રહે છે. વર્તમાન સંશોધનનું ધ્યાન નેનોસાઇઝિંગ, ડોપિંગ અને ટેક્સચરિંગ જેવી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા તેના થર્મોઇલેક્ટ્રિક મેરિટ મૂલ્યને વધુ વધારવા પર છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફોનોન સ્કેટરિંગને વધારવા અને થર્મલ વાહકતા ઘટાડવા માટે નેનોવાયર અને સુપરલેટીસ સ્ટ્રક્ચર્સનું ઉત્પાદન કરીને, વિદ્યુત વાહકતાને નોંધપાત્ર રીતે અસર કર્યા વિના કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકાય છે.

નવી સામગ્રીનું સંશોધન: મોટા પાયે હજુ સુધી વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ ન હોવા છતાં, સંશોધકો SnSe, Mg₃Sb₂, અને CsBi₄Te₆ જેવી નવી સામગ્રીઓનું અન્વેષણ કરી રહ્યા છે, જે ચોક્કસ તાપમાન ઝોનમાં Bi₂Te₃ કરતાં વધુ ક્ષમતા ધરાવે છે, જે ભવિષ્યમાં કામગીરીમાં કૂદકાની શક્યતા પ્રદાન કરે છે.

ઉપકરણ રચના અને એકીકરણ પ્રક્રિયામાં નવીનતા

લઘુચિત્રીકરણ અને એરેપિંગ: કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (જેમ કે મોબાઇલ ફોન હીટ ડિસીપેશન બેક ક્લિપ્સ) અને ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન ડિવાઇસ જેવા માઇક્રો-ડિવાઇસની ગરમીના વિસર્જનની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે, માઇક્રો-TEC（માઇક્રો થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ્સ, લઘુચિત્ર થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ્સ） ની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા વધુને વધુ આધુનિક બની રહી છે. ફક્ત 1×1 મીમી અથવા તેનાથી નાના કદના પેલ્ટિયર મોડ્યુલ્સ, પેલ્ટિયર કૂલર્સ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક ડિવાઇસનું ઉત્પાદન શક્ય છે, અને ચોક્કસ સ્થાનિક ઠંડક પ્રાપ્ત કરવા માટે તેમને લવચીક રીતે એરેમાં સંકલિત કરી શકાય છે.

ફ્લેક્સિબલ TEC મોડ્યુલ (પેલ્ટિયર મોડ્યુલ): આ એક ઉભરતો ગરમ વિષય છે. પ્રિન્ટેડ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ફ્લેક્સિબલ મટિરિયલ્સ જેવી ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને, નોન-પ્લાનર TEC મોડ્યુલ્સ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસ કે જે વાળીને ચોંટી શકાય છે તેનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. પહેરી શકાય તેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ડિવાઇસ અને સ્થાનિક બાયોમેડિસિન (જેમ કે પોર્ટેબલ કોલ્ડ કોમ્પ્રેસ) જેવા ક્ષેત્રોમાં આની વ્યાપક સંભાવનાઓ છે.

મલ્ટી-લેવલ સ્ટ્રક્ચર ઑપ્ટિમાઇઝેશન: વધુ તાપમાન તફાવતની જરૂર હોય તેવા સંજોગો માટે, મલ્ટી-સ્ટેજ TEC મોડ્યુલ, મલ્ટી સ્ટેજ થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ પ્રાથમિક ઉકેલ રહે છે. વર્તમાન પ્રગતિ માળખાકીય ડિઝાઇન અને બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાઓમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે, જેનો ઉદ્દેશ્ય ઇન્ટર-સ્ટેજ થર્મલ પ્રતિકાર ઘટાડવા, એકંદર વિશ્વસનીયતા અને મહત્તમ તાપમાન તફાવત વધારવાનો છે.

II. સિસ્ટમ-સ્તરની એપ્લિકેશનો અને ઉકેલોનું વિસ્તરણ

આ હાલમાં સૌથી ગતિશીલ ક્ષેત્ર છે જ્યાં નવા વિકાસનું સીધું અવલોકન કરી શકાય છે.

હોટ-એન્ડ હીટ ડિસીપેશન ટેકનોલોજીનો સહ-ઉત્ક્રાંતિ

TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલના પ્રદર્શનને પ્રતિબંધિત કરતું મુખ્ય પરિબળ ઘણીવાર ગરમ છેડા પર ગરમીનું વિસર્જન ક્ષમતા હોય છે. TEC કામગીરીમાં સુધારો ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા હીટ સિંક ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે પરસ્પર મજબૂતી આપી રહ્યો છે.

VC વેપર ચેમ્બર/હીટ પાઈપો સાથે સંયુક્ત: કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સના ક્ષેત્રમાં, TEC મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસને ઘણીવાર વેક્યુમ ચેમ્બર વેપર ચેમ્બર સાથે જોડવામાં આવે છે. TEC મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર કૂલર સક્રિય રીતે નીચા-તાપમાન ઝોન બનાવવા માટે જવાબદાર છે, જ્યારે VC TEC મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર તત્વના ગરમ છેડાથી મોટા હીટ ડિસીપેશન ફિન્સ સુધી ગરમીને કાર્યક્ષમ રીતે ફેલાવે છે, જે "સક્રિય ઠંડક + કાર્યક્ષમ ગરમી વહન અને દૂર કરવા" નું સિસ્ટમ સોલ્યુશન બનાવે છે. ગેમિંગ ફોન અને હાઇ-એન્ડ ગ્રાફિક્સ કાર્ડ્સ માટે હીટ ડિસીપેશન મોડ્યુલ્સમાં આ એક નવો ટ્રેન્ડ છે.

પ્રવાહી ઠંડક પ્રણાલીઓ સાથે સંયુક્ત: ડેટા સેન્ટરો અને હાઇ-પાવર લેસરો જેવા ક્ષેત્રોમાં, TEC મોડ્યુલને પ્રવાહી ઠંડક પ્રણાલીઓ સાથે જોડવામાં આવે છે. પ્રવાહીની અત્યંત ઉચ્ચ વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતાનો લાભ લઈને, TEC મોડ્યુલ થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલના ગરમ છેડા પરની ગરમી દૂર કરવામાં આવે છે, જે અભૂતપૂર્વ કાર્યક્ષમ ઠંડક ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે.

બુદ્ધિશાળી નિયંત્રણ અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતા વ્યવસ્થાપન

આધુનિક થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ સિસ્ટમ્સ વધુને વધુ ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા તાપમાન સેન્સર્સ અને PID/PWM નિયંત્રકોને એકીકૃત કરી રહી છે. અલ્ગોરિધમ દ્વારા વાસ્તવિક સમયમાં થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, TEC મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલના ઇનપુટ કરંટ/વોલ્ટેજને સમાયોજિત કરીને, ±0.1℃ અથવા તેનાથી વધુ તાપમાન સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જ્યારે ઓવરચાર્જ અને ઓસિલેશન ટાળી શકાય છે અને ઊર્જા બચાવી શકાય છે.

પલ્સ ઓપરેશન મોડ: કેટલીક એપ્લિકેશનો માટે, સતત પાવર સપ્લાયને બદલે પલ્સ પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ તાત્કાલિક ઠંડકની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે, જ્યારે એકંદર ઉર્જા વપરાશમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરી શકે છે અને ગરમીના ભારને સંતુલિત કરી શકે છે.

III. ઉભરતા અને ઉચ્ચ-વૃદ્ધિ એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો

કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે ગરમીનું વિસર્જન

ગેમિંગ ફોન અને ઈ-સ્પોર્ટ્સ એસેસરીઝ: તાજેતરના વર્ષોમાં થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ્સ, TEC મોડ્યુલ્સ, પ્લેટીયર મોડ્યુલ્સ માર્કેટમાં આ સૌથી મોટા વિકાસ બિંદુઓમાંનું એક છે. એક્ટિવ કૂલિંગ બેક ક્લિપ બિલ્ટ-ઇન થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ્સ (TEC મોડ્યુલ્સ) થી સજ્જ છે, જે ફોનના SoC ના તાપમાનને આસપાસના તાપમાન કરતા સીધા દબાવી શકે છે, જે ગેમિંગ દરમિયાન સતત ઉચ્ચ-પ્રદર્શન આઉટપુટ સુનિશ્ચિત કરે છે.

લેપટોપ અને ડેસ્કટોપ: કેટલાક હાઇ-એન્ડ લેપટોપ અને ગ્રાફિક્સ કાર્ડ્સ (જેમ કે NVIDIA RTX 30/40 શ્રેણી સંદર્ભ કાર્ડ્સ) એ કોર ચિપ્સને ઠંડુ કરવામાં મદદ કરવા માટે TEC મોડ્યુલ્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ્સને એકીકૃત કરવાનો પ્રયાસ શરૂ કર્યો છે.

ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન અને ડેટા સેન્ટર્સ

5G/6G ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલ્સ: હાઇ-સ્પીડ ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલ્સમાં લેસરો (DFB/EML) તાપમાન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે અને તરંગલંબાઇ સ્થિરતા અને ટ્રાન્સમિશન ગુણવત્તા સુનિશ્ચિત કરવા માટે ચોક્કસ સ્થિર તાપમાન (સામાન્ય રીતે ±0.5℃ ની અંદર) માટે TEC ની જરૂર પડે છે. જેમ જેમ ડેટા રેટ 800G અને 1.6T તરફ વિકસિત થાય છે, તેમ તેમ TEC મોડ્યુલ્સ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક, mdoules, પેલ્ટિયર કૂલર્સ, પેલ્ટિયર તત્વોની માંગ અને જરૂરિયાતો બંને વધી રહી છે.

ડેટા સેન્ટરોમાં સ્થાનિક ઠંડક: CPUS અને GPUS જેવા હોટસ્પોટ્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીને, લક્ષિત ઉન્નત ઠંડક માટે TEC મોડ્યુલનો ઉપયોગ કરવો એ ડેટા સેન્ટરોમાં ઊર્જા કાર્યક્ષમતા અને કમ્પ્યુટિંગ ઘનતા સુધારવા માટેના સંશોધન દિશાઓમાંની એક છે.

ઓટોમોટિવ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ

વાહન-માઉન્ટેડ લિડર: લિડરના કોર લેસર ઉત્સર્જકને સ્થિર ઓપરેટિંગ તાપમાનની જરૂર હોય છે. TEC એ એક મુખ્ય ઘટક છે જે કઠોર વાહન-માઉન્ટેડ વાતાવરણ (-40℃ થી +105℃) માં તેની સામાન્ય કામગીરી સુનિશ્ચિત કરે છે.

બુદ્ધિશાળી કોકપીટ્સ અને હાઇ-એન્ડ ઇન્ફોટેનમેન્ટ સિસ્ટમ્સ: વાહનમાં ચિપ્સની વધતી જતી કમ્પ્યુટિંગ શક્તિ સાથે, તેમની ગરમીના વિસર્જનની માંગ ધીમે ધીમે ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સની માંગ સાથે સંરેખિત થઈ રહી છે. ભવિષ્યના હાઇ-એન્ડ વાહન મોડેલોમાં TEC મોડ્યુલ, TE કુલરનો ઉપયોગ થવાની અપેક્ષા છે.

તબીબી અને જીવન વિજ્ઞાન

પીસીઆર સાધનો અને ડીએનએ સિક્વન્સર જેવા પોર્ટેબલ તબીબી ઉપકરણોને ઝડપી અને ચોક્કસ તાપમાન ચક્રની જરૂર પડે છે, અને ટીઈસી, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ એ મુખ્ય તાપમાન નિયંત્રણ ઘટક છે. સાધનોના લઘુચિત્રીકરણ અને પોર્ટેબિલિટીના વલણે સૂક્ષ્મ અને કાર્યક્ષમ ટીઈસી, પેલ્ટિયર કુલરના વિકાસને વેગ આપ્યો છે.

સૌંદર્ય ઉપકરણો: કેટલાક ઉચ્ચ કક્ષાના સૌંદર્ય ઉપકરણો ચોક્કસ ઠંડા અને ગરમ કોમ્પ્રેસ કાર્યો પ્રાપ્ત કરવા માટે TEC, પેલ્ટિયર ઉપકરણના પેલ્ટિયર અસરનો ઉપયોગ કરે છે.

એરોસ્પેસ અને ખાસ વાતાવરણ

ઇન્ફ્રારેડ ડિટેક્ટર કૂલિંગ: લશ્કરી, એરોસ્પેસ અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધન ક્ષેત્રોમાં, અવાજ ઘટાડવા માટે ઇન્ફ્રારેડ ડિટેક્ટરને અત્યંત નીચા તાપમાને (જેમ કે -80℃ થી નીચે) ઠંડુ કરવાની જરૂર છે. આ ધ્યેય પ્રાપ્ત કરવા માટે મલ્ટી-સ્ટેજ TEC મોડ્યુલ, મલ્ટી-સ્ટેજ પેલ્ટિયર મોડ્યુલ, મલ્ટી-સ્ટેજ થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ એક લઘુચિત્ર અને અત્યંત વિશ્વસનીય ઉકેલ છે.

ઉપગ્રહ પેલોડ તાપમાન નિયંત્રણ: ઉપગ્રહો પર ચોકસાઇ સાધનો માટે સ્થિર થર્મલ વાતાવરણ પૂરું પાડવું.

Iv. પડકારો અને ભવિષ્યની સંભાવનાઓ

મુખ્ય પડકાર: પરંપરાગત કોમ્પ્રેસર કૂલિંગની તુલનામાં TEC મોડ્યુલ પેલ્ટિયર મોડ્યુલ (થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ) ની પ્રમાણમાં ઓછી ઉર્જા કાર્યક્ષમતા સૌથી મોટી ખામી છે. તેની થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ કાર્યક્ષમતા કાર્નોટ ચક્ર કરતા ઘણી ઓછી છે.

ભવિષ્યનો અંદાજ

સામગ્રીની પ્રગતિ એ અંતિમ ધ્યેય છે: જો ઓરડાના તાપમાને 3.0 કે તેથી વધુ થર્મોઇલેક્ટ્રિક શ્રેષ્ઠતા મૂલ્ય ધરાવતી નવી સામગ્રી શોધી શકાય અથવા સંશ્લેષણ કરી શકાય (હાલમાં, વ્યાપારી Bi₂Te₃ આશરે 1.0 છે), તો તે સમગ્ર ઉદ્યોગમાં ક્રાંતિ લાવશે.

સિસ્ટમ એકીકરણ અને બુદ્ધિ: ભાવિ સ્પર્ધા "વ્યક્તિગત TEC પ્રદર્શન" થી "TEC+ ગરમી વિસર્જન + નિયંત્રણ" ના એકંદર સિસ્ટમ સોલ્યુશનની ક્ષમતા તરફ વધુ બદલાશે. આગાહીયુક્ત તાપમાન નિયંત્રણ માટે AI સાથે જોડાણ પણ એક દિશા છે.

ખર્ચમાં ઘટાડો અને બજારમાં પ્રવેશ: ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓની પરિપક્વતા અને મોટા પાયે ઉત્પાદન સાથે, TEC ના ખર્ચમાં વધુ ઘટાડો થવાની ધારણા છે, જેનાથી તે વધુ મધ્યમ-શ્રેણી અને સામૂહિક બજારોમાં પણ પ્રવેશ કરશે.

સારાંશમાં, વૈશ્વિક થર્મોઇલેક્ટ્રિક કુલર ઉદ્યોગ હાલમાં એપ્લિકેશન-આધારિત અને સહયોગી નવીનતા વિકાસના તબક્કામાં છે. મૂળભૂત સામગ્રીમાં કોઈ ક્રાંતિકારી ફેરફારો થયા નથી, તેમ છતાં એન્જિનિયરિંગ ટેકનોલોજીની પ્રગતિ અને અપસ્ટ્રીમ અને ડાઉનસ્ટ્રીમ ટેકનોલોજી સાથે ઊંડા એકીકરણ દ્વારા, TEC મોડ્યુલ પેલ્ટિયર મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર કુલર વધતી જતી સંખ્યામાં ઉભરતા અને ઉચ્ચ-મૂલ્યવાળા ક્ષેત્રોમાં તેનું બદલી ન શકાય તેવું સ્થાન શોધી રહ્યું છે, જે મજબૂત જોમ દર્શાવે છે.