用于计算机和电池的高级冷却系统
- 研究人员展示了一种采用 2 种不同热电材料的新型冷却系统。
- 它在自然方向上更有效地加速热量——从热的物体到相对凉爽的环境。
随着计算机芯片、激光器、电池和大功率电子设备朝着具有更高功率密度的更紧凑设计发展，它们需要更复杂的热管理技术。这些设备使用热电冷却来去除热物体的热量。
与热力学问题不同，这些所谓的珀尔帖冷却器经过优化，可以使冷物体保持低温。大多数商用 Peltier 冷却器都是便携式制冷元件，如野营冰箱或饮料冷却器。它们的工作原理是将热量从寒冷的区域吸引到炎热的区域（热量自然会从热转移到冷）。
然而，在“主动冷却”机制中，自然热流从热物体加速到相对较冷的区域。在这种情况下，目标是在最大限度地减少温降的同时，最大限度地释放热库中的热量。
最近，俄亥俄州立大学和弗吉尼亚大学的物理学家提出了一种新的热电仪器设计原理，该原理针对电池和计算机应用进行了调整。他们展示了使用两种不同热电材料的冷却系统。
他们是怎么做到的？
为了设计有效的热电冷却装置，研究团队根据名为 zT的品质因数选择了材料 ，用于确定包括制冷模块在内的热电模块的性能。
参考：APS 物理 | DOI:10.1103/PhysRevApplied.11.054008
携带大量热量（由于电流）的材料将具有高 zT .这些材料通常具有低导热性，因此它们不允许热量通过设备回流到冷物体中。然而，当物体变热时，热量会自然消散。
考虑一种正常的冷却条件，即热物体附着在由相对较冷的蓄水池封闭的热电设备上。当施加电压时，电子和空穴（携带热量的电荷载流子）从热区流向冷区。
主动制冷和制冷的区别|研究人员提供
为了提高冷却效率，该团队开发了一种新的品质因数，称为有效热导率。它代表主动热导率（施加电压时导通）和被动（正常）热导率之和。
他们使用了两种有效导热系数大的材料——
- Magnon-drag 金属（钴），其中电子与 magnon 相互作用并携带一些额外的热量。
- 近藤效应金属（铈-钯），其中电子之间强烈相互作用，增加了与每个导电电子（空穴）相关的热量。
研究人员使用这些材料构建了一个珀尔帖冷却器，并将其放置在冷热蓄水池之间。然后他们在被动和主动模式下测试了该设备。
当施加 5 安培电流时，该设备从热储存器中排出的热量比零电流时多出近 0.1 瓦。根据温差，主动模式达到1000瓦/米开尔文，而被动模式达到40瓦/米开尔文。
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这些类型的双模式冷却器可能对处理器有益。计算进程数较少时可以工作在被动模式，CPU使用率高时切换到主动模式。
工业技术