6 دسامبر 2024 -توسط Science China Press-الف) مقاومت خمشی و فشاری نمونه ها در مراحل مختلف. (ب) رقم شایستگی مقادیر ZT نمونه ها در مراحل مختلف. (ج) آرایه های ستون ریز مکعبی روی سطح نمونه 4 که با استفاده از اره دیس تولید شده است. (د) یک عکس نوری از میکرو رایانه های شخصی آماده شده. اعتبار: Science China Press
پیشرفت فناوری اطلاعات نیازمند مدیریت حرارتی کارآمد برای تراشه ها برای اطمینان از انتقال پایدار اطلاعات است. در همین حال، فناوری مدیریت حرارتی باید بدون لرزش باشد و به راحتی کوچک شود تا ماژول‌های تراشه یکپارچه‌تر را در خود جای دهد.
کولرهای Peltier (PC) بر اساس اثر ترموالکتریک (TE) به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین راه حل ها برای تبرید در مقیاس تراشه ظاهر شده اند و در سال های اخیر توجه فزاینده ای را به خود جلب کرده اند. در حال حاضر، آلیاژ بیسموت تلورید (Bi2Te3) تنها ماده کاندید موجود برای رایانه های شخصی تجاری است.
متأسفانه Bi2Te3 با ساختار لایه‌ای توسط نیروهای واندروالس به هم متصل می‌شود و بنابراین خواص مکانیکی ضعیفی از خود نشان می‌دهد و چالش‌های بزرگی را در کوچک‌سازی ایجاد می‌کند. بنابراین، افزایش استحکام مکانیکی و عملکرد TE آلیاژ بیسموت تلورید در کوچک‌سازی و ادغام رایانه‌های شخصی بسیار مهم است.
برای رسیدگی به این چالش‌ها، گروه پروفسور جینگ فنگ لی در دانشگاه تسینگ‌هوا مقاله‌ای تحقیقاتی را در National Science Review منتشر کرده‌اند، که در آن یک استراتژی مدولاسیون ریزساختار جدید برای آلیاژ Bi2Te3 برای بهبود مؤثر عملکرد مکانیکی و TE پیشنهاد شده است. این پیشرفت در نهایت امکان ساخت میکروساخت رایانه های شخصی با کارایی بالا را فراهم می کند.
یک فرآیند بازپخت و فورج گرم برای ترویج تراکم در حین اجرای تقویت نابجایی توسعه داده شد. علاوه بر این، تقویت پراکندگی با اختلاط نانوذرات SiC القا شد. این ریزساختارهای اصلاح شده نه تنها می توانند خواص مکانیکی را بهبود بخشند، بلکه حامل بار و انتقال فونون را نیز تنظیم می کنند.
متعاقباً، با بهینه‌سازی محتوای Te از طریق استراتژی مدولاسیون ترکیبی، عملکرد TE در عین حفظ استحکام مکانیکی برتر مورد نیاز برای اهداف ماشین‌کاری دقیق، بیشتر افزایش یافت. در نتیجه، رایانه‌های شخصی کارآمد با ابعاد بسیار کوچک با موفقیت از این آلیاژ «قوی» Bi2Te3 تهیه شدند.
قابل ذکر است، استراتژی بهینه سازی فوق به آلیاژ Bi2Te3 محدود نمی شود، بلکه برای سایر سیستم های TE نیز قابل اجرا است. این پیشرفت پتانسیل زیادی را برای فناوری‌های خنک‌کننده حالت جامد در فضاهای کوچک نشان می‌دهد و فرصت‌های جدیدی را برای دستگاه‌های تبرید کوچک ارائه می‌دهد و صنایع مرتبط را بیشتر پیش می‌برد.
