Npj Comput. Mater.:神奇的精准控温材料—谁把热量带走了

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2022-10-13 03:10

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随着电池和计算机芯片朝着更高密度、更高功率的方向发展，更复杂的温度管理与控温材料变得越来越重要。主动佩尔捷制冷材料可以通过消耗电能来加速传热，在集成电路芯片冷却、锂离子电池、微恒温仪、医疗温度控制等方面有着广泛的应用。然而，佩尔捷效应是利用高的功率因子来驱动电能加速传热，而大部分高功率因子材料的使用温度都在中高温阶段，无法满足室温条件下快速导热的需求。

上海大学材料基因组工程研究院的杨炯教授、中国科学院上海微系统与信息技术研究所的李鑫博士等人通过通过窄带隙与泽贝克系数这两个关键筛选条件，采取第一性原理电输运软件包快速计算材料的电导率与泽贝克系数，结合多种精度并举的高通量的研究手段，快速筛选具有高功率因子与主动制冷潜力的哈斯勒合金材料。研究工作以自研的MatHub-3d数据库中2958个待选哈斯勒合金为基础，最终筛选出了GaSbLi₂、HgPbCa₂、SnTiRu₂、GeYbLi₂和GeTiFe₂这5个室温主动制冷效率优于Cu的体系（1K温差下）。这些材料均具有大的带边态密度或者群速度差异。主动佩尔捷效应，提供了除被动傅里叶传热之外，另一种散热途径。该工作为寻找高主动制冷材料提供了一条可行的材料筛选路径。

该文近期发表于npj Computational Materials 8：199 (2022)，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。

High-throughput screening of room temperature active Peltier cooling materials in Heusler compounds

Huifang Luo, Xin Li & Jiong Yang

Active Peltier cooling enables Peltier heat transfer in addition to the traditional Fourier thermal conductance, which is useful in some special applications, such as the microthermostats. From the material wise, however, the study on the active Peltier cooling materials is rare. We carried out a high-throughput workflow to screen out 5 room-temperature active Peltier cooling materials, GaSbLi2, HgPbCa2, SnTiRu2, GeYbLi2, and GeTiFe2, from 2,958 Heusler materials. All the five materials are semimetals or very narrow band gap systems with high electrical conductivity. Some of these materials have relatively large Seebeck coefficients due to the band asymmetry. Their effective thermal conductivity effs, which are the summation of active Peltier thermal conductivity and passive thermal conductivity, are all greater than Cu at the room temperature and ΔT = 1 K. The present work gives a possible way to search active cooling Peltier materials for the applications of precise temperature control.