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Jun 21, 2023

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Penn State 이미지: Half-Heusler 재료는 열전 장치의 냉각 전력 밀도를 높이고 차세대 고전력 전자 장치를 위한 냉각 솔루션을 제공할 수 있습니다. 더보기

펜 스테이트

이미지: Half-Heusler 소재는 열전 장치의 냉각 전력 밀도를 높이고 차세대 고전력 전자 장치를 위한 냉각 솔루션을 제공할 수 있습니다.더보기

신용: Wenjie Li 제공

펜실베니아주 유니버시티파크 — 차세대 전자 제품은 냉각을 위한 새로운 솔루션이 필요한 더 작고 강력한 구성 요소를 특징으로 합니다. Penn State 과학자들이 개발한 새로운 열전 냉각기는 현재 상업용 열전 장치에 비해 냉각 능력과 효율성을 크게 향상시키며 미래의 고전력 전자 장치의 열을 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있다고 연구진은 말했습니다.

Penn State의 재료 과학 및 공학과 연구 교수인 Bed Poudel은 “우리의 새로운 재료는 매우 높은 냉각 전력 밀도를 갖는 열전 장치를 제공할 수 있습니다. “우리는 이 새로운 장치가 기술 경제적 측면에서 경쟁력이 있을 뿐만 아니라 현재의 주요 열전 냉각 모듈보다 성능이 뛰어나다는 것을 입증할 수 있었습니다. 차세대 전자 제품은 이러한 개발의 혜택을 누릴 것입니다.”

열전 냉각기는 전기가 공급될 때 장치의 한 면에서 다른 면으로 열을 전달하여 차가운 면과 뜨거운 면이 있는 모듈을 만듭니다. 레이저 다이오드나 마이크로프로세서와 같이 열을 발생시키는 전자 부품에 차가운 면을 놓으면 과도한 열을 펌핑하여 온도를 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 이러한 구성 요소가 더욱 강력해짐에 따라 열전 냉각기는 더 많은 열을 펌핑해야 한다고 과학자들은 말했습니다.

새로운 열전 장치는 텔루르화 비스무트로 제작된 주요 상용 장치에 비해 냉각 전력 밀도가 210% 향상된 동시에 잠재적으로 유사한 성능 계수(COP) 또는 필요한 에너지에 대한 유용한 냉각 비율을 유지한다고 과학자들은 보고했습니다. 네이처커뮤니케이션즈에서

미네소타 대학 연구 부사장이자 논문의 공동 저자인 샤생크 프리야(Shashank Priya)는 “이것은 열전 냉각 장치를 만드는 데 있어 세 가지 큰 과제 중 두 가지를 해결합니다.”라고 말했습니다. “첫째, 높은 COP로 높은 냉각 전력 밀도를 제공할 수 있습니다. 이는 적은 양의 전기로 많은 양의 열을 펌핑할 수 있음을 의미합니다. 둘째, 작은 영역에서 많은 국부적인 열을 제거해야 하는 고출력 레이저나 응용분야의 경우 최적의 솔루션을 제공할 수 있습니다.”

새로운 장치는 열전 장치와 같은 에너지 응용 분야에 대한 가능성을 보여주는 특별한 특성을 가진 재료 종류인 하프-호이슬러(half-Heusler) 합금 화합물로 만들어졌습니다. 이러한 소재는 우수한 강도, 열 안정성 및 효율성을 제공합니다.

연구진은 재료의 가열 및 냉각 방식을 다루는 특수 어닐링 공정을 사용하여 재료의 미세 구조를 수정하고 조작하여 결함을 제거할 수 있었습니다. 과학자들은 이전에 반-호이슬러 열전 재료를 만드는 데 사용된 적이 없다고 말했습니다.

또한 어닐링 공정은 재료의 입자 크기를 극적으로 증가시켜 입자 경계(결정 구조가 만나 전기 또는 열 전도성을 감소시키는 재료의 영역)를 줄였습니다.

Penn State 소재 과학 및 공학과의 연구 조교수인 Wenjie Li는 "일반적으로 하프-호이슬러 재료는 매우 작은 입자 크기, 즉 나노 크기의 입자를 가지고 있습니다."라고 말했습니다. "이 어닐링 공정을 통해 우리는 나노 규모에서 마이크로 규모까지 입자 성장을 제어할 수 있습니다. 이는 3배의 차이입니다."

결정립계와 기타 결함을 줄이면 재료의 캐리어 이동도가 크게 향상되거나 전자가 이를 통해 이동할 수 있는 방식이 향상되어 역률이 더 높아진다고 과학자들은 말했습니다. 역률은 최대 냉각 전력 밀도를 결정하며 전자 장치 냉각 응용 분야에서 특히 중요합니다.

"예를 들어, 레이저 다이오드 냉각에서는 매우 작은 영역에서 상당한 양의 열이 발생하며, 장치의 최적 성능을 위해서는 특정 온도로 유지되어야 합니다."라고 Li는 말했습니다. "이것이 바로 우리 기술이 가능한 곳입니다. 적용된. 이는 지역적으로 높은 열 관리를 위한 밝은 미래를 가지고 있습니다.”