थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री की उत्पादन लागत 3डी-प्रिंटिंग के साथ काफी कम की जा सकती है

इस महीने, रचनात्मक इंजीनियरों की एक टीम ने कूलिंग सिस्टम के निर्माण को कम करने के लिए एक विधि पेश की, जबकि कई उद्योगों में स्थायित्व में सुधार किया। उनका काम थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के निर्माण प्रक्रिया में सुधार पर केंद्रित है। यहाँ जानने के लिए क्या है:

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (TECs) कूलिंग टेक के अग्रणी हैं

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर सबसे लोकप्रिय इनगॉट-आधारित कूलिंग सिस्टम हैं। इनगॉट संदर्भित करता है मोल्डेड निर्माण प्रक्रिया के लिए। वे तापमान को नियंत्रित करने के लिए संचालन सामग्री गुणों का लाभ उठाते हैं। विशेष रूप से, ये सिस्टम तापमान अंतर को विद्युत वोल्टेज में परिवर्तित कर सकते हैं या ठंडा करने के लिए प्रक्रिया को उल्टा कर सकते हैं।

इस कार्य को पूरा करने के लिए, TECs एक क्षेत्र से दूसरे निर्दिष्ट स्थान पर गर्मी को स्थानांतरित करने के लिए विद्युत धारा का उपयोग करते हैं। यह प्रक्रिया प्रभावी साबित हुई है और विभिन्न आकारों का उपयोग करके अनुकूलित की जा सकती है। इसके अलावा, यह चलती भागों को कम करता है, जो विश्वसनीयता को और बढ़ाता है।

आज के थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (TECs) के साथ समस्याएं

TECs अच्छे हैं, लेकिन वे अभी भी कई पहलुओं में कमी रखते हैं। एक के लिए, इनगॉट-आधारित निर्माण प्रक्रिया बहुत महंगी है और बहुत सारा अतिरिक्त सामग्री का उत्पादन करती है जो अपशिष्ट के रूप में निपटाई जाती है। इसके अलावा, निर्माण प्रक्रिया में बहुत अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है, जो समग्र लागत में जोड़ती है।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अध्ययन

इन सीमाओं को पहचानते हुए, ऑस्ट्रिया के विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (ISTA) की एक टीम ने थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री बनाने के लिए एक नए 3डी-प्रिंटिंग विधि की शुरुआत की। अध्ययन “इंटरफेसियल बॉन्डिंग 3डी-प्रिंटेड सामग्री में थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग को बढ़ाता है“¹ विज्ञान पत्रिका में प्रकाशित हुआ है और उनकी प्रक्रिया और निष्कर्षों को विस्तार से बताता है।

स्रोत – डब्ल्यूएसएस फेलिक्स वे,

टीम ने पहले के प्रयासों को पार किया जो अनुकूलित थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री को 3डी-प्रिंट करने के लिए थे ताकि कम लागत वाले और प्रभावी कूलिंग सिस्टम विकल्प बनाए जा सकें। उनकी नई विधि एक अत्यधिक अनुकूलित, स्थिर और टिकाऊ अंत-उत्पाद बनाती है जो कई उद्योगों को क्रांतिकारी बना सकती है।

3डी-प्रिंटिंग तकनीक

उनकी प्रक्रिया के मूल में एक विशेष रूप से निर्मित 3डी-प्रिंटर है। यह इकाई उच्च-प्रदर्शन वाले थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग करने के लिए एक अनुकूलित एक्सट्रूडर की सुविधा प्रदान करती है। इन सामग्रियों में जानबूझकर अशुद्धियों को सेमीकंडक्टर क्षमताओं को बनाने के लिए पेश किया गया था।

नया स्याही

इंजीनियरों ने बिस्मथ एंटिमनी टेल्यूराइड और चांदी सेलेनाइड को मिलाकर एक नए स्याही का विकल्प बनाया। एक्सट्रूडर और स्याही को परीक्षण और समायोजन के लिए परीक्षण किया गया ताकि मुद्रित संरचनाओं की टिकाऊपन को अधिकतम किया जा सके। इसके अलावा, टीम ने मुद्रण में कण बंधन को बढ़ाने के तरीके का पता लगाने के लिए जांच की।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री परीक्षण परिणाम

जैसे ही वाहक सॉल्वेंट वाष्पित होता है, मुद्रण मजबूत परमाणु बंधन बनाना शुरू कर देता है जो जोड़े गए अनाज के बीच होता है। यह मजबूत संबंध सामग्री के तापमान शीतलन प्रभावों को बढ़ाता है बिना किसी सॉल्वेंट अवशेष को छोड़े।

परिणाम एक परमाणु बंधुआ सामग्री है जो किसी भी आकार में उच्च-प्रदर्शन वाले थर्मोइलेक्ट्रिक विशेषताओं के साथ है। विशेष रूप से, परीक्षणों ने (zT) मान 1.42 पी-प्रकार बिस्मथ एंटिमनी टेल्यूराइड और 1.3 एन-प्रकार चांदी सेलेनाइड सामग्री के लिए दिखाया।

कमरे के तापमान पर संचालित होने वाली नई सामग्री 50 डिग्री की शुद्ध शीतलन प्रभाव पैदा करने में सक्षम थी जो वायुमंडलीय वायु में है। यह शीतलन का स्तर इसे उच्च-लागत वाले इनगॉट-निर्मित विकल्पों के साथ तुलना करने योग्य बनाता है जो हानिकारक उपोत्पाद और अधिक अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अध्ययन लाभ

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अध्ययन बाजार में कई लाभ लाता है। एक के लिए, यह पहला अध्ययन है जो सफलतापूर्वक मुद्रित सामग्री से थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का उत्पादन करता है। जैसा कि यह क्षेत्र में नवाचारों के लिए दरवाजा खोलता है।

इस परिवर्तनकारी समाधान को शोधकर्ताओं की समझ पर निर्भर करता है कि थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री को कैसे प्रशासित किया जा सकता है, साथ ही विभिन्न डिज़ाइनों में छिद्रपूर्ण सामग्रियों के परिवहन गुणों को भी। यह नई दृष्टि सामग्री विज्ञान और थर्मोइलेक्ट्रिक शीतलन प्रणालियों में आने वाले हफ्तों और महीनों में प्रगति को अनलॉक करने में मदद कर सकती है।

अतिरिक्त कुशलता

3डी-प्रिंटिंग विधि पारंपरिक इनगॉट-आधारित विधियों की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी है। इसके बजाय एक सामग्री की चादर को स्टैम्प या मोल्ड करने के, 3डी-प्रिंटर केवल डिज़ाइन बनाने के लिए आवश्यक सामग्री का उपयोग करता है।

इसके अलावा, इकाई जटिल डिज़ाइनों को मुद्रित कर सकती है जिन्हें पारंपरिक विधियों के साथ पूरा करने के लिए कई स्टैम्पिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता होगी। यह क्षमता छोटे बैच प्रक्रियाओं के लिए निर्माण में सुधार करती है जो भविष्य में स्केल करने में सक्षम हैं।

लागत में कटौती

परीक्षण से पता चलता है कि 3डी-मुद्रित सामग्री पारंपरिक विकल्पों के समान प्रदर्शन करती है और बहुत कम लागत पर आती है। कम लागत कई कारकों से आती है, जिनमें प्रोप्राइटरी सामग्री का उपयोग, अपशिष्ट को समाप्त करना और सुधारित प्रक्रियाएं शामिल हैं।

लचीलापन

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री निर्माण प्रक्रिया को एक विशाल चयन की सामग्रियों के साथ अनुकूलित किया जा सकता है। यह क्षमता इंजीनियरों को विशिष्ट रूप से डिज़ाइन की गई सामग्री बनाने में सक्षम बनाती है जो मुद्रित आकार के लिए आवश्यक होती है।

गैर-मानक सामग्री का उपयोग करने की क्षमता अधिक कुशल, उच्च-प्रदर्शन और अधिक टिकाऊ उपकरणों के निर्माण की ओर ले जाएगी। इंजीनियर जटिल डिज़ाइनों को मुद्रित कर सकते हैं जिनमें यहां तक कि कार्यात्मक इलेक्ट्रिकल सर्किट भी शामिल हो सकते हैं, जो निर्माण चरणों और लागत को और कम करते हैं।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अनुप्रयोग

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अध्ययन को जिस तरह से उपयोग किया जा सकता है वह कई हैं। एक के लिए, इसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स और यांत्रिक उपकरणों में तेजी से गर्मी प्रबंधन में किया जा सकता है। इस सामग्री की क्षमता कमरे के तापमान पर संचालित करने के लिए इसे अधिकांश परिदृश्यों के लिए आदर्श बनाती है, जिसमें पोर्टेबल उपकरणों की गर्मी को कम करना भी शामिल है।

बिजली उत्पादन

इस प्रौद्योगिकी के लिए एक और उपयोग मामला बिजली उत्पादन में है। ये उपकरण इंजीनियरों को अगली पीढ़ी के उच्च-तापमान थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर विकसित करने में मदद कर सकते हैं जो तापमान अंतर से विद्युत वोल्टेज उत्पन्न कर सकते हैं।

बेहतर कंप्यूटर

इस नई निर्माण प्रक्रिया से कंप्यूटरों के निर्माण को बेहतर बनाने में मदद मिल सकती है। कल्पना कीजिए कि डिवाइस जो थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग अपने आधार के रूप में गर्मी को और कम करने के लिए करते हैं। यह दृष्टिकोण इकाइयों को अधिक कॉम्पैक्ट और कम वजन के साथ बनाने में सक्षम बनाता है।

एयरोस्पेस

अधिक कॉम्पैक्ट डिवाइस बनाने की क्षमता अधिक उन्नत एयरोस्पेस उद्यमों की ओर ले जाएगी। अंतरिक्ष में एक पाउंड ले जाने की लागत $1200 है। यह दर पहले की तुलना में बहुत सस्ता है, जो स्पेसएक्स और अन्य निजी कंपनियों के प्रयासों के कारण है।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री में सुधार के परिणामस्वरूप लागत में काफी कमी आएगी, जो अधिक उपग्रहों और अन्य अर्थव्यवस्था-बढ़ाने वाली प्रौद्योगिकियों के लिए दरवाजा खोलेगा। इसके अलावा, यह ऑर्बिट में संचालित होने वाली रक्षा और आक्रमण प्रणालियों में सुधार करेगा।

चिकित्सा उपयोग

चिकित्सा क्षेत्र में इस सामग्री का उपयोग विभिन्न उपचारों में सुधार करने के लिए किया जा सकता है। एक के लिए, वे मांसपेशियों में खिंचाव और जलने वाले रोगियों की मदद कर सकते हैं। वे अधिक प्रभावी और टिकाऊ चिकित्सा उपकरण बनाने में भी मदद कर सकते हैं।

सफाई

पर्यावरण वैज्ञानिक इस प्रौद्योगिकी का उपयोग अपशिष्ट ऊर्जा को उपयोगी शक्ति में परिवर्तित करने में मदद के लिए कर सकते हैं। इंजीनियर वैश्विक स्तर पर बंद-लूप निर्माण प्रक्रियाओं को बनाने के लिए देख रहे हैं जो प्रक्रिया में सभी अपशिष्ट को रिसाइकल करते हैं। यह तकनीक इस लक्ष्य को प्राप्त करने में मदद कर सकती है।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री शोधकर्ता

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अध्ययन में शोध ऑस्ट्रिया के विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (ISTA) द्वारा आयोजित किया गया था। रिपोर्ट के पहले लेखक शेंगडुओ जू हैं। इसके अलावा, मारिया इबानेज़, अबायोमी लावल, और शेरोना होर्टा ने इस खेल-परिवर्तनकारी प्रौद्योगिकी प्रगति को प्रकाश में लाने में मदद की।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री में नवाचार का नेतृत्व करने वाली कंपनियां

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री क्षेत्र में कई कंपनियों की प्रमुख स्थिति है। ये कंपनियां ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस, रक्षा, चिकित्सा और ऊर्जा बाजारों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। यहाँ एक कंपनी है जो थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री अध्ययन डेटा का उपयोग अपने आरओआई में सुधार करने के लिए कर सकती है।

TE कनेक्टिविटी

TE प्रौद्योगिकी (TEL ) 1941 में एयरक्राफ्ट और मैरीन प्रोडक्ट्स (AMP) नाम से बाजार में आया। कंपनी ने एयरोस्पेस और समुद्री क्षेत्रों में विद्युत कनेक्टर प्रदान करने का लक्ष्य रखा। उस समय से, यह विभिन्न क्षेत्रों में अपने संचालन का विस्तार किया है, जिसमें थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री निर्माण अनुसंधान, विकास और अधिक शामिल हैं।

आज, TE प्रौद्योगिकी थर्मोइलेक्ट्रिक कोल्ड प्लेट, लिक्विड कूलर और थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर का एक अग्रणी प्रदाता है। यह वर्तमान में +84k कर्मचारियों के साथ 140 देशों में उत्पाद प्रदान करता है। निर्माता ने उच्च-गुणवत्ता और विश्वसनीय उत्पादों का निर्माण किया है जो उद्योग-विशिष्ट दिशानिर्देशों को पूरा करते हैं।

TEL आपके पोर्टफोलियो में एक मजबूत जोड़ है। इसकी 52-सप्ताह की सीमा $137.61 – $159.98 है और इसका बाजार पूंजीकरण $45.71B है। ये कारक, साथ ही इसका बाजार में सिद्ध इतिहास, TE प्रौद्योगिकी को थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री स्टॉक के लिए देखने के लिए एक विश्वसनीय विकल्प बनाते हैं।

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री – परिवर्तन आ रहा है

इस नए थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री निर्माण प्रक्रिया के पूर्ण प्रभाव कुछ वर्षों में महसूस किए जाएंगे। हालांकि, इस प्रौद्योगिकी से लोगों के जीवन में सुधार करने के कई तरीके हो सकते हैं। अभी के लिए, प्रौद्योगिकी को और अधिक परीक्षणों के लिए तैयार किया जा रहा है क्योंकि इंजीनियर प्रक्रिया को यथासंभव लचीला बनाने का प्रयास कर रहे हैं।

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अध्ययन संदर्भ:

^{1. जू, एस., एट अल। (2025)। इंटरफेसियल बॉन्डिंग 3डी-प्रिंटेड सामग्री में थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग को बढ़ाता है। विज्ञान, 387, 845–850. https://doi.org/10.1126/science.ads0426}