奧地利ISTA研究人員開發(fā)3D打印熱電材料,，提升電子設備冷卻效率

2025年2月23日,，南極熊獲悉,，奧地利科學技術研究所（ISTA）研究人員開發(fā)出了一種用于3D打印的高性能熱電材料，并構建了熱電冷卻器,。這項研究已發(fā)表在《Science》雜志上,，揭示了一種提高電子設備熱量管理效率的新途徑，它的應用范圍非常廣泛,，包括可穿戴設備和醫(yī)療治療領域,。

△相關研究題目為“界面鍵合增強了3D打印材料中的熱電冷卻”（傳送門）

熱電材料具備將溫差轉換成電壓，或者將電壓轉換成溫差的獨特能力,，但傳統(tǒng)的熱電材料效率較低,，生產成本高，且伴隨著材料浪費問題,。熱電冷卻器,，作為固態(tài)制冷器的一種，利用電流實現(xiàn)熱量在設備內部的傳遞,，從而達到局部冷卻的效果,。它們具有使用壽命長、不泄漏,、可定制尺寸和形狀、無運動部件等優(yōu)點,，非常適合用于電子產品等冷卻應用,。然而，傳統(tǒng)的熱電冷卻器制造成本高昂,，材料浪費嚴重,，性能也有所限制。

通過將3D打印技術整合到熱電冷卻器的生產過程中,，顯著提升了制造效率并降低了成本,。這個項目由能源科學聯(lián)合體教授兼沃納西門子熱電實驗室負責人Maria Ibáñez領導，第一作者兼ISTA博士后Shengduo Xu強調：“3D打印技術的融入不僅提高了熱電冷卻器的制造效率，而且減少了材料浪費,，為熱電冷卻器的廣泛應用鋪平了道路,。”

Ibáñez：“表示,，與之前3D打印熱電材料的嘗試相比,，目前的方法可以生產出性能更高的材料。憑借商業(yè)級性能,，我們的工作有可能超越學術界,，具有實際意義，能夠吸引那些尋求創(chuàng)新解決方案人群的關注和興趣,�,！�

△使用基于擠壓的3D打印技術來制造高性能熱電材料

熱電技術

目前，最先進的熱電冷卻器依賴于基于錠的制造技術,，該技術不僅成本高昂,，而且耗能嚴重。生產過程需要大量機械加工,，導致大量材料浪費,。

Shengduo Xu指出：“我們的研究實現(xiàn)了使用3D打印技術直接打印出所需形狀的熱電材料。此外,，由此產生的設備在空氣中表現(xiàn)出50度的凈冷卻效果,。這意味著，我們3D打印出的材料性能可與成本更高的傳統(tǒng)材料相媲美,�,！币虼耍琁STA的材料科學家團隊提出了一種創(chuàng)新的,、可擴展且經濟高效的熱電材料生產方法,，有效避免了傳統(tǒng)制造過程中的高能耗和耗時步驟。

優(yōu)化顆粒結合

研究團隊不僅將3D打印技術應用于熱電材料的生產,，還開發(fā)了一種特殊油墨,，使得在載體溶劑蒸發(fā)后，晶粒之間形成有效的原子鍵,，從而構建出堅固的材料網絡,。這種界面化學鍵的優(yōu)化顯著改善了晶粒間的電荷轉移，從而提升了3D打印材料的熱電性能,，并為多孔材料的傳輸特性提供了新的研究視角,。

Ibáñez教授進一步解釋說：“我們利用基于擠壓的3D打印技術，并設計了專用的墨水配方,，以確保打印結構的完整性和促進顆粒間的結合,。這使得我們能夠制造出性能與傳統(tǒng)基于錠設備相當?shù)臒犭娎鋮s器,，同時實現(xiàn)了材料和能源的節(jié)約�,！�

潛在應用前景

熱電冷卻器除了在電子設備和可穿戴設備中實現(xiàn)快速熱量管理外,，還可應用于醫(yī)療領域，如燒傷治療和肌肉拉傷緩解,。ISTA研究團隊開發(fā)的油墨配方方法,，同樣適用于高溫熱電發(fā)電機（一種利用溫差產生電壓的設備）。這種方法有望將熱電發(fā)電機的應用擴展到各種廢物能量收集系統(tǒng)中,。

Ibáñez教授表示：“我們采用了全周期方法,，從優(yōu)化原材料的熱電性能到制造出穩(wěn)定、高性能的最終產品,�,！�

Shengduo Xu教授補充道：“我們的研究為熱電裝置的生產提供了革命性的解決方案，預示著高效,、可持續(xù)熱電技術新時代的到來,。”