В Университете Тунцзи усилили охлаждение элемента Пельтье на 10% за счет градиента Зеебека
Инженеры вырастили термоэлектрический монокристалл с градиентом свойств, повысив перепад температур на 10% в зависимости от направления тока.
В ноябре 2026 года исследователи из Университета Тунцзи и Шанхайского университета сообщили о создании твердотельного охладителя, в котором перепад температур увеличен на 10% за счет пространственного градиента коэффициента Зеебека, передает EurekAlert. Экспериментальная работа, опубликованная в журнале The Innovation, описывает эффект нереципрокного термоэлектрического охлаждения, зависящий от направления протекания электрического тока eurekalert.org
EurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗.
Традиционные элементы Пельтье переносят тепло в основном на границах между полупроводником и электродами, тогда как внутренний эффект Томсона в однородных материалах пренебрежимо мал. Исследователи предложили расширенную добротность, которая учитывает суммарное изменение электронной энтропии вдоль всей траектории переноса заряда. Такой подход задействует изменения коэффициента Зеебека, вызванные вариацией химического потенциала, температуры или внешних полей.
Пространственный градиент и асимметрия потока
Для проверки концепции авторы вырастили монокристалл n-типа Bi2Te2.7Se0.3 с градиентом состава. За счет градиента химического потенциала разница коэффициента Зеебека между противоположными концами образца составила около 50 микровольт на кельвин. В стандартных коммерческих элементах из аналогичного сплава этот показатель между горячим и холодным концами различается лишь на 2,5%.
Созданный единичный элемент продемонстрировал асимметрию характеристик. Смена направления тока изменила максимальный перепад температур примерно на 20%. При движении тока вдоль градиента коэффициента Зеебека предельная разность температур оказалась на 10% выше, чем у идентичного контрольного элемента без градиента, тогда как однородный образец не показал зависимости от полярности eurekalert.org
EurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗.
Перспективы криогенного применения
Экспериментальный единичный образец показал абсолютный перепад температур около 15 кельвинов; авторы отметили, что часть холодопроизводительности была потеряна из-за теплопритоков через контактные провода. Согласно расчетам, выигрыш от градиента возрастает при низких значениях электронного фактора добротности. Это делает метод перспективным для криогенного диапазона, где высокая решеточная теплопроводность обычно снижает традиционную эффективность материалов.
Авторы подчеркивают, что управление градиентом легирования теоретически применимо к любым легируемым термоэлектрикам. Дальнейшие исследования направлены на объединение n- и p-ветвей с градиентными свойствами в составе полноразмерных охлаждающих модулей.
