Печать столбов для термоэлектрического охладителя. (Видео еще, видео доступно по запросу). Кредит: Shengduo Xu | Ита
Быстрое, локальное управление тепла необходима для электронных устройств и может иметь применение, начиная от носимых материалов до сжигания обработки. В то время как так называемые термоэлектрические материалы преобразуют различия в температуре в электрическое напряжение и наоборот, их эффективность часто ограничена, а их производство является дорогостоящим и расточительным.
В статье, опубликованной в НаукаИсследователи из Института науки и технологий Австрии (ISTA) использовали метод 3D-печати для изготовления высокопроизводительных термоэлектрических материалов, значительно снижая затраты на производство.
Термоэлектрические охладители, также называемые твердыми холодильниками, могут вызывать локализованное охлаждение, используя электрический ток для переноса тепла с одной стороны устройства на другую. Их долгое время жизни, неуязвимость к утечкам, размер и настроек формы, а также отсутствие движущихся частей (таких как циркулирующие жидкости) делают эти устройства идеальными для различных применений охлаждения, таких как электроника.
Тем не менее, производство их из слиток связано с высокими затратами и генерирует много материальных отходов. Кроме того, производительность устройств остается ограниченной.
Теперь команда Института науки и технологий Австрии (ISTA), возглавляемой профессором энергетических наук и главой термоэлектрической лаборатории Werner Siemens, Мария Ибанеса, с первым автором и ISTA Postdoc Shengduo Xu, разработанные высокопроизводительные термоэлектрические материалы Из 3D -принтера и использовал их для создания термоэлектрического охладителя.
«Наша инновационная интеграция 3D -печати в термоэлектрическое изготовление охладителя значительно повышает эффективность производства и снижает затраты», — говорит Сюй.
Кроме того, в отличие от предыдущих попыток на термоэлектрических материалах 3D -печати, настоящий метод дает материалы с значительно более высокой производительностью.
Профессор Иста Ибанес добавляет: «С показателями коммерческого уровня наша работа может выходить за рамки академических кругов, придерживаясь практической актуальности и привлекая интерес к отраслям, в поисках реальных приложений».
Печать гранул, используемые для измерения термоэлектрических свойств. Кредит: Shengduo Xu | Ита раздвигая границы термоэлектрических технологий
В то время как все материалы демонстрируют некоторый термоэлектрический эффект, часто бывает слишком незначительным, чтобы быть полезным. Материалы, демонстрирующие достаточно высокий термоэлектрический эффект, обычно являются так называемыми «вырожденными полупроводниками», то есть «легированными» полупроводниками, в которые намеренно вводятся примеси, поэтому они ведут себя как проводники.
Текущие современные термоэлектрические охладители производятся с использованием методов производства на основе слитков-более дорогих и голодных процедур, требующих обширных процессов обработки после производства, где много материалов потрачено впустую.
«С нашей нынешней работой мы можем напечатать именно необходимую форму термоэлектрических материалов. Кроме того, полученные устройства демонстрируют эффект чистого охлаждения 50 градусов в воздухе. Это означает, что наши 3D-печатные материалы работают аналогичным Значительно дороже производства », — говорит Сюй.
Таким образом, команда ученых-материалов ISTA предлагает масштабируемый и экономически эффективный метод производства термоэлектрических материалов, обойдя энергоемкие и трудоемкие этапы.
Метод царапин для удаления наконечника конуса из печатной колонны. Кредит: Shengduo Xu | Ита печатные материалы с оптимизированной связью частиц
Помимо применения методов 3D -печати для производства термоэлектрических материалов, команда разработала чернила, так что, поскольку растворитель несущего испаряется, между зернами образуются эффективные и надежные атомные связи, создавая атомически подключенную сеть материала.
В результате межфазные химические связи улучшают перенос заряда между зернами. Это объясняет, как команде удалось повысить термоэлектрическую производительность своих 3D-печатных материалов, а также проливает новый свет на транспортные свойства пористых материалов.
«Мы использовали метод 3D-печати на основе экструзии и разработали формулировку чернил, чтобы обеспечить целостность печатной структуры и повысить связь частиц. Это позволило нам создать первые термоэлектрические охлаждения из печатных материалов с сопоставимыми характеристиками на основе моги Материал и энергия », — говорит Ибаньес.
Медицинское применение, сбор энергии и устойчивость
Помимо быстрого управления нагреванием в электронике и носимых устройствах, термоэлектрические охладители могут иметь медицинское применение, включая лечение ожогов и облегчение мышечной деформации. Кроме того, метод составления чернила, разработанный командой ученых ISTA, может быть адаптирован для других материалов, которые будут использоваться в высокотемпературных термоэлектрических генераторах-высказываются, которые могут генерировать электрическое напряжение из разности температур.
По словам команды, такой подход может расширить применимость термоэлектрических генераторов в различных системах сбора энергии отходов.
«Мы успешно выполнили полнопрочный подход, от оптимизации термоэлектрических характеристик сырья до изготовления стабильного, высокопроизводительного конечного продукта»,-говорит Ибанес.
Сюй добавляет: «Наша работа предлагает преобразующее решение для производства термоэлектрических устройств и предвещает новую эру эффективных и устойчивых термоэлектрических технологий».
Больше информации:
Shengduo Xu и др., Межфазная связь усиливает термоэлектрическое охлаждение в 3D-печатных материалах, Наука (2025). Doi: 10.1126/science.ads0426. www.science.org/doi/10.1126/science.ads0426
Информация журнала:
Наука, предоставленная Институтом науки и техники Австрии
Цитирование: Исследователи 3D-печать высокопроизводительных, устойчивых термоэлектрических материалов (2025, 20 февраля) Получено 24 февраля 2025 года из этого документа подлежит авторским правам. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
