منذ عام 2025، حققت تقنية التبريد الكهروحراري (TEC) تقدماً ملحوظاً في المواد والتصميم الهيكلي وكفاءة الطاقة وتطبيقاتها. فيما يلي أحدث اتجاهات التطور التكنولوجي والاختراقات الحالية.
أولاً: التحسين المستمر للمبادئ الأساسية
يظل تأثير بيلتييه أساسيًا: من خلال تشغيل أزواج أشباه الموصلات من النوع N/P (مثل المواد القائمة على Bi₂Te₃) بتيار مباشر، يتم إطلاق الحرارة عند الطرف الساخن وامتصاصها عند الطرف البارد.
إمكانية التحكم في درجة الحرارة ثنائية الاتجاه: يمكنها تحقيق التبريد/التسخين ببساطة عن طريق تغيير اتجاه التيار، وتستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات التحكم في درجة الحرارة عالية الدقة.
ثانياً: طفرات في خصائص المواد
1. مواد كهروحرارية جديدة
لا يزال تيلوريد البزموت (Bi₂Te₃) هو المادة السائدة، ولكن من خلال هندسة البنية النانوية وتحسين التطعيم (مثل السيلينيوم، والأنتيمون، والقصدير، وما إلى ذلك)، تحسنت قيمة ZT (معامل القيمة المثلى) بشكل ملحوظ. وقد تجاوزت قيمة ZT لبعض العينات المختبرية 2.0 (بينما كانت تتراوح تقليديًا بين 1.0 و1.2).
تسريع تطوير مواد بديلة خالية من الرصاص/منخفضة السمية
مواد أساسها Mg₃(Sb,Bi)₂
بلورة أحادية من SnSe
سبيكة نصف هويسلر (مناسبة للأجزاء ذات درجات الحرارة العالية)
المواد المركبة/المتدرجة: يمكن للهياكل غير المتجانسة متعددة الطبقات أن تعمل على تحسين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري في آن واحد، مما يقلل من فقدان حرارة جول.
ثالثًا، الابتكارات في النظام الهيكلي
1. تصميم ثلاثي الأبعاد للمزدوجة الحرارية
اعتمد التراص الرأسي أو الهياكل المتكاملة ذات القنوات الدقيقة لتعزيز كثافة طاقة التبريد لكل وحدة مساحة.
يمكن لوحدة TEC المتتالية، ووحدة بلتييه، وجهاز بلتييه، ووحدة توليد الطاقة الحرارية الكهربائية أن تحقق درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى -130 درجة مئوية، وهي مناسبة للبحث العلمي والتجميد الطبي.
2. التحكم المعياري والذكي
مستشعر درجة حرارة مدمج + خوارزمية PID + محرك PWM، مما يحقق تحكمًا عالي الدقة في درجة الحرارة في حدود ±0.01 درجة مئوية.
يدعم التحكم عن بعد عبر إنترنت الأشياء، وهو مناسب لسلسلة التبريد الذكية، ومعدات المختبرات، وما إلى ذلك.
3. التحسين التعاوني للإدارة الحرارية
نقل الحرارة المحسن في الطرف البارد (قناة دقيقة، مادة تغيير الطور PCM)
تعتمد النهاية الساخنة على مشتتات حرارية من الجرافين أو غرف بخار أو مصفوفات مراوح دقيقة لحل مشكلة "تراكم الحرارة".
رابعاً، سيناريوهات التطبيق والمجالات
الرعاية الطبية والصحية: أجهزة تفاعل البوليميراز المتسلسل الكهروحرارية، وأجهزة التجميل بالليزر الكهروحراري، وصناديق نقل اللقاحات المبردة
الاتصالات البصرية: التحكم في درجة حرارة الوحدة البصرية 5G/6G (تثبيت طول موجة الليزر)
الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية: مشابك تبريد خلفية للهواتف المحمولة، تبريد سماعات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي بتقنية التبريد الكهروحراري، ثلاجات صغيرة بتقنية التبريد البلتييري، مبردات نبيذ بتقنية التبريد الكهروحراري، ثلاجات سيارات
الطاقة الجديدة: مقصورة ذات درجة حرارة ثابتة لبطاريات الطائرات بدون طيار، وتبريد موضعي لمقصورات المركبات الكهربائية
تكنولوجيا الفضاء الجوي: التبريد الكهروحراري لأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء في الأقمار الصناعية، والتحكم في درجة الحرارة في بيئة انعدام الجاذبية في محطات الفضاء
تصنيع أشباه الموصلات: التحكم الدقيق في درجة الحرارة لآلات الطباعة الضوئية ومنصات اختبار الرقائق
خامساً: التحديات التكنولوجية الحالية
لا تزال كفاءة الطاقة أقل من كفاءة التبريد بالضاغط (عادة ما يكون معامل الأداء أقل من 1.0، بينما يمكن أن تصل الضواغط إلى 2-4).
التكلفة المرتفعة: المواد عالية الأداء والتغليف الدقيق يرفعان الأسعار
يعتمد تبديد الحرارة في الطرف الساخن على نظام خارجي، مما يحد من التصميم المدمج.
الموثوقية على المدى الطويل: يؤدي التغير الحراري إلى إجهاد وصلات اللحام وتدهور المواد
سادساً: التوجهات التنموية المستقبلية (2025-2030)
مواد كهروحرارية تعمل في درجة حرارة الغرفة مع ZT > 3 (تجاوز الحد النظري)
أجهزة TEC المرنة/القابلة للارتداء، ووحدات توليد الطاقة الحرارية، ووحدات بلتييه (للجلد الإلكتروني، ومراقبة الصحة)
نظام تحكم تكيفي في درجة الحرارة مدمج مع الذكاء الاصطناعي
تكنولوجيا التصنيع وإعادة التدوير الخضراء (تقليل الأثر البيئي)
في عام 2025، ستنتقل تقنية التبريد الكهروحراري من "التحكم الدقيق والمتخصص في درجة الحرارة" إلى "التطبيق الفعال واسع النطاق". ومع دمج علوم المواد، والمعالجة الدقيقة والنانوية، والتحكم الذكي، ستبرز قيمتها الاستراتيجية بشكل متزايد في مجالات مثل التبريد الخالي من الكربون، وتبديد الحرارة الإلكتروني عالي الموثوقية، والتحكم في درجة الحرارة في بيئات خاصة.
مواصفات TES2-0901T125
آيماكس: 1A،
Umax: 0.85-0.9 فولت
Qmax: 0.4 واط
دلتا تي القصوى: >90 درجة مئوية
الحجم: حجم القاعدة: 4.4 × 4.4 مم، حجم الجزء العلوي: 2.5 × 2.5 مم،
الارتفاع: 3.49 مم.
مواصفات TES1-04903T200
درجة حرارة الجانب الساخن 25 درجة مئوية،
آيماكس: 3A،
Umax: 5.8 فولت
Qmax: 10 واط
أقصى فرق في درجة الحرارة: > 64 درجة مئوية
ACR: 1.60 أوم
الحجم: 12 × 12 × 2.37 مم
تاريخ النشر: 8 ديسمبر 2025
