තාප විදුලි සිසිලන ඒකකය, පෙල්ටියර් සිසිලනය (තාප විදුලි සිසිලන සංරචක ලෙසද හැඳින්වේ) යනු පෙල්ටියර් ආචරණය මත පදනම් වූ ඝන-තත්ව සිසිලන උපාංග වේ. ඒවාට යාන්ත්රික චලනයක් නොමැතිකම, ශීතකාරකයක් නොමැතිකම, කුඩා ප්රමාණය, වේගවත් ප්රතිචාර දැක්වීම සහ නිරවද්ය උෂ්ණත්ව පාලනය යන වාසි ඇත. මෑත වසරවලදී, පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ, වෛද්ය සේවා, මෝටර් රථ සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්රවල ඒවායේ යෙදීම් අඛණ්ඩව පුළුල් වී ඇත.
I. තාප විදුලි සිසිලන පද්ධතියේ සහ සංරචකවල මූලික මූලධර්ම
තාප විද්යුත් සිසිලනයේ හරය වන්නේ පෙල්ටියර් ආචරණයයි: වෙනස් අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය දෙකක් (P-වර්ගය සහ N-වර්ගය) තාපකූප යුගලයක් සාදන විට සහ සෘජු ධාරාවක් යොදන විට, තාපකූප යුගලයේ එක් කෙළවරක් තාපය අවශෝෂණය කරයි (සිසිලන කෙළවර), සහ අනෙක් කෙළවර තාපය මුදා හරිනු ඇත (තාප විසර්ජන කෙළවර). ධාරාවේ දිශාව වෙනස් කිරීමෙන්, සිසිලන කෙළවර සහ තාප විසර්ජන කෙළවර එකිනෙකට හුවමාරු කළ හැකිය.
එහි සිසිලන කාර්ය සාධනය ප්රධාන වශයෙන් මූලික පරාමිතීන් තුනක් මත රඳා පවතී:
තාප විද්යුත් කුසලතා සංගුණකය (ZT අගය): එය තාප විද්යුත් ද්රව්යවල ක්රියාකාරිත්වය ඇගයීම සඳහා ප්රධාන දර්ශකයකි. ZT අගය වැඩි වන තරමට සිසිලන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි වේ.
උණුසුම් සහ සීතල අන්ත අතර උෂ්ණත්ව වෙනස: තාප විසර්ජන කෙළවරේ තාප විසර්ජන බලපෑම සිසිලන කෙළවරේ සිසිලන ධාරිතාව සෘජුවම තීරණය කරයි. තාපය විසර්ජනය සුමට නොවේ නම්, උණුසුම් සහ සීතල අන්ත අතර උෂ්ණත්ව වෙනස පටු වන අතර සිසිලන කාර්යක්ෂමතාව තියුනු ලෙස පහත වැටෙනු ඇත.
ක්රියාකාරී ධාරාව: ශ්රේණිගත පරාසය තුළ, ධාරාවේ වැඩි වීමක් සිසිලන ධාරිතාව වැඩි කරයි. කෙසේ වෙතත්, සීමාව ඉක්මවා ගිය පසු, ජූල් තාපය වැඩි වීම නිසා කාර්යක්ෂමතාව අඩු වේ.
II තාප විදුලි සිසිලන ඒකක (පෙල්ටියර් සිසිලන පද්ධතිය) සංවර්ධන ඉතිහාසය සහ තාක්ෂණික දියුණුව
මෑත වසරවලදී, තාප විද්යුත් සිසිලන සංරචක සංවර්ධනය ප්රධාන දිශාවන් දෙකක් කෙරෙහි අවධානය යොමු කර ඇත: ද්රව්ය නවෝත්පාදනය සහ ව්යුහාත්මක ප්රශස්තිකරණය.
ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත තාප විදුලි ද්රව්ය පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය
සාම්ප්රදායික Bi₂Te₃-පාදක ද්රව්යවල ZT අගය මාත්රණය (Sb, Se වැනි) සහ නැනෝ පරිමාණ ප්රතිකාර මගින් 1.2-1.5 දක්වා වැඩි කර ඇත.
ඊයම් ටෙලුරයිඩ් (PbTe) සහ සිලිකන්-ජර්මේනියම් මිශ්ර ලෝහය (SiGe) වැනි නව ද්රව්ය මධ්යම සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව අවස්ථා (200 සිට 500℃) තුළ සුවිශේෂී ලෙස ක්රියා කරයි.
කාබනික-අකාබනික සංයුක්ත තාප විද්යුත් ද්රව්ය සහ ස්ථාන විද්යාත්මක පරිවාරක වැනි නව ද්රව්ය තවදුරටත් පිරිවැය අඩු කර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.
සංරචක ව්යුහ ප්රශස්තිකරණය
කුඩාකරණ නිර්මාණය: පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණවල කුඩාකරණ අවශ්යතා සපුරාලීම සඳහා MEMS (ක්ෂුද්ර-ඉලෙක්ට්රෝ-යාන්ත්රික පද්ධති) තාක්ෂණය හරහා මයික්රෝන පරිමාණ තාප ස්ථායී සකස් කරන්න.
මොඩියුලර් ඒකාබද්ධ කිරීම: කාර්මික ශ්රේණියේ තාප විදුලි සිසිලන අවශ්යතා සපුරාලන අධි බලැති තාප විදුලි සිසිලන මොඩියුල, පෙල්ටියර් සිසිලන, පෙල්ටියර් උපාංග සෑදීමට බහු තාප විදුලි ඒකක ශ්රේණිගතව හෝ සමාන්තරව සම්බන්ධ කරන්න.
ඒකාබද්ධ තාප විසර්ජන ව්යුහය: තාප විසර්ජන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම සහ සමස්ත පරිමාව අඩු කිරීම සඳහා සිසිලන වරල් තාප විසර්ජන වරල් සහ තාප පයිප්ප සමඟ ඒකාබද්ධ කරන්න.
III තාප විදුලි සිසිලන ඒකක, තාප විදුලි සිසිලන සංරචක සඳහා සාමාන්ය යෙදුම් අවස්ථා
තාප විදුලි සිසිලන ඒකකවල ඇති ලොකුම වාසිය වන්නේ ඒවායේ ඝන-තත්ව ස්වභාවය, ශබ්ද රහිත ක්රියාකාරිත්වය සහ නිරවද්ය උෂ්ණත්ව පාලනයයි. එමනිසා, සම්පීඩක සිසිලනය සඳහා සුදුසු නොවන අවස්ථාවන්හිදී ඒවා ප්රතිස්ථාපනය කළ නොහැකි ස්ථානයක් ගනී.
පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ ක්ෂේත්රයේ
ජංගම දුරකථන තාපය විසුරුවා හැරීම: ඉහළ මට්ටමේ ක්රීඩා දුරකථන ක්ෂුද්ර තාප විදුලි සිසිලන මොඩියුල, TEC මොඩියුල, පෙල්ටියර් උපාංග, පෙල්ටියර් මොඩියුල වලින් සමන්විත වන අතර, ඒවා ද්රව සිසිලන පද්ධති සමඟ ඒකාබද්ධව චිපයේ උෂ්ණත්වය ඉක්මනින් අඩු කළ හැකි අතර, ක්රීඩා කිරීමේදී අධික උනුසුම් වීම හේතුවෙන් සංඛ්යාත අඩු වීම වළක්වයි.
කාර් ශීතකරණ, කාර් සිසිලන යන්ත්ර: කුඩා කාර් ශීතකරණ බොහෝ දුරට තාප විදුලි සිසිලන තාක්ෂණය භාවිතා කරයි, එය සිසිලනය සහ තාපන කාර්යයන් ඒකාබද්ධ කරයි (වත්මන් දිශාව මාරු කිරීමෙන් උණුසුම ලබා ගත හැකිය).ඒවා ප්රමාණයෙන් කුඩා වන අතර බලශක්ති පරිභෝජනය අඩු වන අතර මෝටර් රථයක 12V බල සැපයුම සමඟ අනුකූල වේ.
පාන වර්ග සිසිලන කෝප්පය/පරිවරණය කළ කෝප්පය: අතේ ගෙන යා හැකි සිසිලන කෝප්පය, ශීතකරණයක් මත රඳා නොසිට සෙල්සියස් අංශක 5 සිට 15 දක්වා ඉක්මනින් පාන වර්ග සිසිල් කළ හැකි, සවිකර ඇති ක්ෂුද්ර සිසිලන තහඩුවකින් සමන්විත වේ.
2. වෛද්ය සහ ජීව විද්යාත්මක ක්ෂේත්ර
නිරවද්ය උෂ්ණත්ව පාලන උපකරණ: PCR උපකරණ (පොලිමරේස් දාම ප්රතික්රියා උපකරණ) සහ රුධිර ශීතකරණ වැනි, ස්ථාවර අඩු උෂ්ණත්ව පරිසරයක් අවශ්ය වේ. අර්ධ සන්නායක ශීතකරණ සංරචක ±0.1℃ තුළ නිරවද්ය උෂ්ණත්ව පාලනයක් ලබා ගත හැකි අතර, ශීතකාරක දූෂණය වීමේ අවදානමක් නොමැත.
අතේ ගෙන යා හැකි වෛද්ය උපකරණ: ඉන්සියුලින් ශීතකරණ පෙට්ටි වැනි, ප්රමාණයෙන් කුඩා වන අතර දිගු බැටරි ආයු කාලයක් ඇති, දියවැඩියා රෝගීන් පිටතට යන විට රැගෙන යාමට සුදුසු වන අතර, ඉන්සියුලින් ගබඩා උෂ්ණත්වය සහතික කරයි.
ලේසර් උපකරණ උෂ්ණත්ව පාලනය: වෛද්ය ලේසර් ප්රතිකාර උපකරණවල (ලේසර් වැනි) මූලික සංරචක උෂ්ණත්වයට සංවේදී වන අතර, අර්ධ සන්නායක සිසිලන සංරචක මඟින් උපකරණවල ස්ථායී ක්රියාකාරිත්වය සහතික කිරීම සඳහා තත්ය කාලීනව තාපය විසුරුවා හැරිය හැක.
3. කාර්මික සහ අභ්යවකාශ ක්ෂේත්ර
කාර්මික කුඩා පරිමාණ ශීතකරණ උපකරණ: ඉලෙක්ට්රොනික සංරචක වයස්ගත පරීක්ෂණ කුටි සහ නිරවද්ය උපකරණ නියත උෂ්ණත්ව ස්නාන වැනි, දේශීය අඩු උෂ්ණත්ව පරිසරයක් අවශ්ය වන, තාප විදුලි සිසිලන ඒකක, තාප විදුලි සංරචක අවශ්ය පරිදි ශීතකරණ බලය සමඟ අභිරුචිකරණය කළ හැකිය.
අභ්යවකාශ උපකරණ: අභ්යවකාශ යානාවල ඇති ඉලෙක්ට්රොනික උපාංග රික්තක පරිසරයක තාපය විසුරුවා හැරීමට අපහසු වේ. තාප විදුලි සිසිලන පද්ධති, තාප විදුලි සිසිලන ඒකක, තාප විදුලි සංරචක, ඝන-තත්ව උපාංග ලෙස, ඉතා විශ්වාසදායක සහ කම්පන-නිදහස් වන අතර, චන්ද්රිකා සහ අභ්යවකාශ මධ්යස්ථානවල ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණවල උෂ්ණත්ව පාලනය සඳහා භාවිතා කළ හැකිය.
4. අනෙකුත් නැගී එන අවස්ථා
පැළඳිය හැකි උපාංග: නම්යශීලී තාප විදුලි සිසිලන තහඩු සහිත ස්මාර්ට් සිසිලන හිස්වැසුම් සහ සිසිලන ඇඳුම් කට්ටල, ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයන් තුළ මිනිස් සිරුරට දේශීය සිසිලනය සැපයිය හැකි අතර එළිමහන් සේවකයින් සඳහා සුදුසු වේ.
සීතල දාම සැපයුම්: තාප විදුලි සිසිලනය, පෙල්ටියර් සිසිලනය සහ බැටරි මගින් බල ගැන්වෙන කුඩා සීතල දාම ඇසුරුම් පෙට්ටි, විශාල ශීත කළ ට්රක් රථ මත රඳා නොසිට කෙටි දුර එන්නත් සහ නැවුම් නිෂ්පාදන ප්රවාහනය සඳහා භාවිතා කළ හැකිය.
IV. තාප විදුලි සිසිලන ඒකක, පෙල්ටියර් සිසිලන සංරචකවල සීමාවන් සහ සංවර්ධන ප්රවණතා
පවතින සීමාවන්
සිසිලන කාර්යක්ෂමතාව සාපේක්ෂව අඩුය: එහි ශක්ති කාර්යක්ෂමතා අනුපාතය (COP) සාමාන්යයෙන් 0.3 සහ 0.8 අතර වන අතර එය සම්පීඩක සිසිලනයට වඩා බෙහෙවින් අඩුය (COP 2 සිට 5 දක්වා ළඟා විය හැක), සහ මහා පරිමාණ සහ ඉහළ ධාරිතාවකින් යුත් සිසිලන අවස්ථා සඳහා සුදුසු නොවේ.
ඉහළ තාප විසර්ජන අවශ්යතා: තාප විසර්ජන කෙළවරේ ඇති තාපය නියමිත වේලාවට මුදා හැරිය නොහැකි නම්, එය සිසිලන ආචරණයට බරපතල ලෙස බලපානු ඇත. එබැවින්, එය කාර්යක්ෂම තාප විසර්ජන පද්ධතියකින් සමන්විත විය යුතු අතර, එය සමහර සංයුක්ත අවස්ථාවන්හිදී යෙදුම සීමා කරයි.
අධික පිරිවැය: ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත තාප විදුලි ද්රව්ය (නැනෝ-ඩෝප් කරන ලද Bi₂Te₃ වැනි) සකස් කිරීමේ පිරිවැය සාම්ප්රදායික ශීතකරණ ද්රව්යවලට වඩා වැඩි බැවින් ඉහළ මට්ටමේ සංරචකවල සාපේක්ෂව ඉහළ මිලක් ලැබේ.
2. අනාගත සංවර්ධන ප්රවණතා
ද්රව්යමය ඉදිරි ගමන: කාමර-උෂ්ණත්ව ZT අගය 2.0 ට වඩා වැඩි කිරීම සහ සම්පීඩක ශීතකරණය සමඟ කාර්යක්ෂමතා පරතරය අඩු කිරීමේ අරමුණින්, අඩු වියදම්, ඉහළ-ZT අගයක් සහිත තාප විද්යුත් ද්රව්ය සංවර්ධනය කිරීම.
නම්යශීලීභාවය සහ ඒකාබද්ධ කිරීම: වක්ර මතුපිට උපාංගවලට (නම්යශීලී තිර ජංගම දුරකථන සහ ස්මාර්ට් පැළඳිය හැකි උපාංග වැනි) අනුවර්තනය වීමට නම්යශීලී තාප විදුලි සිසිලන මොඩියුල, TEC මොඩියුල, තාප විදුලි මොඩියුල, පෙල්ටියර් උපාංග, පෙල්ටියර් මොඩියුල, පෙල්ටියර් සිසිලන සංවර්ධනය කරන්න; "චිප් මට්ටමේ උෂ්ණත්ව පාලනය" සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා චිප්ස් සහ සංවේදක සමඟ තාප විදුලි සිසිලන සංරචක ඒකාබද්ධ කිරීම ප්රවර්ධනය කරන්න.
බලශක්ති ඉතිරිකිරීමේ සැලසුම: ඉන්ටර්නෙට් ඔෆ් තින්ග්ස් (iot) තාක්ෂණය ඒකාබද්ධ කිරීමෙන්, සිසිලන සංරචකවල බුද්ධිමත් ආරම්භක-නැවතුම් සහ බල නියාමනය සාක්ෂාත් කරගනු ලබන අතර, සමස්ත බලශක්ති පරිභෝජනය අඩු කරයි.
V. සාරාංශය
තාප විදුලි සිසිලන ඒකක, පෙල්ටියර් සිසිලන ඒකක, තාප විදුලි සිසිලන පද්ධති, ඝන-තත්ත්ව, නිහඬ සහ නිශ්චිතවම උෂ්ණත්වය පාලනය කිරීමේ අද්විතීය වාසි සහිතව, පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ, වෛද්ය සත්කාර සහ අභ්යවකාශය වැනි ක්ෂේත්රවල වැදගත් ස්ථානයක් ගනී. තාප විදුලි ද්රව්ය තාක්ෂණය සහ ව්යුහාත්මක සැලසුම අඛණ්ඩව වැඩිදියුණු කිරීමත් සමඟ, එහි සිසිලන කාර්යක්ෂමතාව සහ පිරිවැය පිළිබඳ ගැටළු ක්රමයෙන් වැඩිදියුණු වන අතර, අනාගතයේ දී වඩාත් නිශ්චිත අවස්ථාවන්හිදී එය සාම්ප්රදායික සිසිලන තාක්ෂණය ප්රතිස්ථාපනය කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.
පළ කිරීමේ කාලය: දෙසැම්බර්-12-2025
