1. Hiệu ứng nhiệt điện là gì?

Hiệu ứng nhiệt điện là sự chuyển đổi trực tiếp thông qua chênh lệch nhiệt độ thành hiệu điện thế và ngược lại thông qua một cặp nhiệt điện. Một thiết bị nhiệt điện tạo ra một hiệu điện thế khi có nhiệt độ khác nhau ở mỗi bên. Ngược lại, khi đặt một hiệu điện thế vào nó, nhiệt sẽ truyền từ bên này sang bên kia, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ. Hiệu ứng này là cơ sở cho ứng dụng trong một số máy lạnh và pin nhiệt điện, không có các bộ phận chuyển động.

Thuật ngữ hiệu ứng nhiệt điện bao gồm ba hiệu ứng được xác định riêng biệt gồm hiệu ứng Seebeck, hiệu ứng Peltier và hiệu ứng Thomson.

2. Peltier là gì?

Peltier là một linh kiện bán dẫn có khả năng tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ khi có dòng điện chạy qua. Nói cách khác, khi được cấp điện, một mặt của Peltier sẽ trở nên lạnh, trong khi mặt còn lại nóng lên. Hiệu ứng đặc biệt này được gọi là hiệu ứng Peltier, được nhà vật lý Jean Charles Athanase Peltier phát hiện vào năm 1834.  Trong thí nghiệm của mình, ông Peltier đã nối một mẩu dây đồng với một dây bismuth với một nguồn điện, tạo thành mạch kín. Khi đó ông thấy một mặt trở nên nóng, còn mặt kia lạnh đi. Chính nhờ khả năng tạo ra nhiệt độ lạnh mà không cần đến chất làm lạnh truyền thống như Freon, công nghệ Peltier được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ làm mát CPU máy tính, tủ lạnh mini cho đến các thiết bị y tế, khoa học,

3. Cấu tạo của một module Peltier

Để hiểu rõ hơn về khả năng độc đáo của công nghệ Peltier, chúng ta cần tìm hiểu cấu tạo đặc biệt của một module Peltier. Về cơ bản, module này được cấu thành từ những thành phần chính sau:

• Hai mảng bán dẫn loại P và N: Đây là thành phần cốt lõi tạo nên hiệu ứng Peltier. Hai mảng bán dẫn, một loại P (dư lỗ trống) và một loại N (dư điện tử), được ghép nối tiếp với nhau.
• Mối nối kim loại: Hai mảng bán dẫn được kết nối với nhau thông qua các mối nối kim loại, thường được làm từ đồng hoặc nhôm. Các mối nối này đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn điện và tạo ra hiệu ứng nhiệt.
• Vật liệu gốm cách điện: Bao bọc xung quanh hai mảng bán dẫn là hai tấm gốm mỏng, có khả năng dẫn nhiệt tốt nhưng lại cách điện. Vật liệu gốm này giúp cô lập điện giữa hai mặt của module, đồng thời truyền nhiệt hiệu quả từ bên nóng sang bên lạnh.

Khi dòng điện chạy qua module Peltier, các điện tử di chuyển từ mảng bán dẫn loại N sang loại P. Quá trình này tạo ra hiệu ứng hấp thụ nhiệt ở một mặt (mặt lạnh) và giải phóng nhiệt ở mặt còn lại (mặt nóng). Chính sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt này là cơ sở cho khả năng làm mát và tạo nhiệt chính xác của công nghệ Peltier.

4. Các lợi ích của công nghệ Peltier

Dưới đây là 7 lợi ích nổi bật khiến công nghệ Peltier ngày càng được ưa chuộng:

• Kích thước nhỏ gọn, linh hoạt: Khác với hệ thống làm mát truyền thống thường cồng kềnh, module Peltier có kích thước rất nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào nhiều thiết bị.
• Hoạt động êm ái, không gây tiếng ồn: Do không sử dụng máy nén khí hay quạt gió, công nghệ Peltier vận hành cực kỳ êm ái, không gây tiếng ồn khó chịu, phù hợp với những ứng dụng yêu cầu độ yên tĩnh cao.
• Khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác: Công nghệ Peltier cho phép kiểm soát nhiệt độ cực kỳ chính xác, đáp ứng những yêu cầu khắt khe trong nghiên cứu khoa học, sản xuất linh kiện điện tử…
• Độ bền cao, tuổi thọ lâu dài: Module Peltier không chứa chất lỏng hay bộ phận chuyển động cơ học, giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị.
• Thân thiện với môi trường: Công nghệ Peltier không sử dụng chất làm lạnh gây hại tầng ozon như Freon, góp phần bảo vệ môi trường.
• Tiết kiệm năng lượng: Trong một số ứng dụng cụ thể, công nghệ Peltier có thể giúp tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương pháp làm mát truyền thống.
• Tính linh hoạt cao: Công nghệ Peltier có thể được ứng dụng cho cả mục đích làm mát và làm nóng, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

5. Các ứng dụng của công nghệ Peltier trong thực tế

Công nghệ Peltier, với khả năng làm mát và tạo nhiệt chính xác, đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của công nghệ Peltier:

     5.1 Làm mát thiết bị điện tử

• Bình nóng lạnh: Trong các bình nóng lạnh gia đình hoặc công nghiệp, Peltier được sử dụng để tạo ra nước nóng hoặc nước lạnh. Một mặt nóng thì được đặt vào nước, trong khi mặt lạnh còn lại tiếp xúc không khí hoặc nước làm mát
• Làm mát cho điện thoại: Peltier được tích hợp cho quạt tản nhiệt trong điện thoại để  tản nhiệt cho điện thoại khi đang hoạt động. Hỗ trợ bảo vệ pin và chip của điện thoại.

     5.2 Ứng dụng trong y tế

• Bảo quản và vận chuyển vắc xin, thuốc: Peltier được sử dụng trong các thiết bị bảo quản vắc xin và thuốc di động, đảm bảo nhiệt độ ổn định trong quá trình vận chuyển.
• Thiết bị phân tích y tế: Peltier giúp kiểm soát nhiệt độ chính xác trong các thiết bị phân tích mẫu máu, nước tiểu,...

     5.3 Các ứng dụng khác

• Sản xuất bia thủ công: Peltier được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ chính xác trong quá trình lên men bia.
• Nuôi trồng cây trồng trong nhà: Peltier giúp tạo ra môi trường nhiệt độ lý tưởng cho cây trồng trong nhà.
• Sản xuất rượu vang: Kiểm soát nhiệt độ lên men rượu vang bằng Peltier giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

6. Kết luận

Công nghệ Peltier với khả năng làm mát và tạo nhiệt chính xác, hiệu quả, gọn nhẹ và thân thiện môi trường, đã và đang chứng minh được vị thế quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Từ làm mát thiết bị điện tử, ứng dụng y tế, đến sản xuất thực phẩm và nhiều ngành nghề khác, Peltier đang mở ra những giải pháp đột phá, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy sự phát triển của xã hội hiện đại. Trong tương lai, với tiềm năng ứng dụng rộng mở cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, Peltier hứa hẹn sẽ còn tạo ra nhiều bước đột phá hơn nữa, mang đến những ứng dụng thiết thực và hiệu quả cho cuộc sống con người.

‍