Termoelektrik Materyaller

Daha verimli ve çevre dostu enerji teknolojileri hakkındaki araştırmalarda; termoelektrik materyaller en umut verici aday olarak karşımıza çıkmaktadır. Hem ısıl hem de elektriksel etkilerin bir arada bulunduğu devreye termoelektrik devre, bu devreyle çalışan bir sisteme de termoelektrik sistem adı verilir [1]. Elektron kaybetme özellikleri (iş fonksiyonları, work function) birbirinden farklı iki metal tel birleştirilirse diğer iki ucunda bir elektro motor kuvvet (emk) oluşur. Bu olaya termoelektrik olay denir [2]. Günümüzde sağlam, güvenilir, küçük boyutlu, hafif, uzun ömürlü, düşük maliyette, düşük enerji tüketimine sahip ve bakım gerektirmeyen soğutuculara duyulan ihtiyaç giderek artmaktadır. Özellikle yeni ve daha küçük boyutta imal edilmiş elektronik cihazların kendi içinde ürettiği ve dışına yaydığı ısının bertaraf edilmesi için alternatif soğutma cihazlarına gereksinim ve talep yoğundur. Termoelektrik materyaller askeri ve elektronik uygulamalardan bireysel soğutma ihtiyacına kadar birçok alanda kullanılan ve ısı pompası özelliği olan cihazlardır [3, 4]. Termoelektrik materyaller bazı avantajları nedeniyle geleneksel sistemler yerine tercih edilebilirler. Örneğin; sessiz ve titreşimsiz çalışmaları, güvenilir olmaları, emisyon yaymamaları, ozon, kloroflorokarbonlar gibi kimyasallara ihtiyaç duymadıkları için çevre dostu olmaları, kompakt olmaları ve sıcaklık kontrolünün kolayca yapılabilmesi [5]. Bu avantajları dolayısıyla sağlık, askeri, uzay ve özellikle bilgisayar çipleri gibi mikro aygıtlarda ısı kontrolü gibi çeşitli uygulamalar için ideal aygıtlardır. Tablo’da ticari termoelektrik soğutucuların kullanım alanları özetlenmiştir [6].

Kullanım Alanı	Uygulamalar
Askeri/ Uzay Araştırmaları	Elektronik soğutma, soğutulan elbise, taşınabilir soğutucu, kızılötesi sensörlerin soğutulması, lazer diyotların soğutulması, telsiz istasyonları için kabin soğutma, uzay teleskoplarında.
Bireysel	Dinlenme taşıt soğutucuları, mobil ev soğutucuları, araba soğutucuları, taşınabilir piknik soğutucuları, bira, şarap veya su soğutucuları, içecek kutu soğutucuları, motosiklet kasketi soğutucusu, taşınabilir insulin soğutucusu.
Laboratuar ve bilimsel cihazlar	Kızılötesi sensörlerin soğutulması, lazer diyot soğutucuları, entegre devrelerin soğutulması, laboratuar soğuk plaka, karıştırıcı soğutucu, soğuk oda, donma noktası referans banyosu, elektroforesis hücre soğutucusu.
Endüstriyel sıcaklık kontrol	Kritik elemanları sert çevre şartlarından korunması, PC mikroişlemcileri, mikroişlemci ve bilgisayarların nümerik kontrollerinde ve robotiklerde, yazıcı ve fotokopilerde mürekkep sıcaklığının dengelenmesi.
Restoran cihazları	Krema dağıtıcısı, tereyağı dağıtıcısı.
Çeşitli Amaçlar	İlaç soğutucuları (sabit veya taşınabilir) , otel odaları soğutucuları, otomobil mini soğutucuları, otomobil koltuk soğutucuları, uçak içme suyu soğutucuları, yolcu otobüsü soğutucuları, gemi soğutucuları, karavan soğutucuları, DNA döngülerinde, tıbbi teşhis cihazları, masaj veya tedavi amaçlı sıcak/soğuk yataklarda.

Tablo-Ticari termoelektrik soğutucuların kullanım alanı ve uygulamaları

Dr. Kimyager Hasan ÖZ

hasanmail@hotmail.com

Kaynaklar

[1] DİKMEN, E., Termoelektrik soğutucuların çalışma kriterlerine etki eden faktörlerin ve endüstrideki kullanım alanlarının tespiti , Yüksek Lisans Tezi,  Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 2002.

[2] İŞÇİ, Ç., Termoelektrik sensörler, Jornal of Yaşar University, 2(8), 863- 873, 2007.

[3] RIFFAT, S. M., MA, X., Thermoelectrics: a review of present and potential applications, Appl. Thermal Eng., 23, 913-935, 2003.

[4] CHUNG, M., MISKOVSKY, N. M., CUTLER, P. H., KUMAR, N., PATEL, V., Theoretical analysis of field emission enhanced semiconductor thermoelectric cooler, Solid-State Electronics, 47, 745-1751, 2003.

[5] ZHAO, X. B., Jİ, X. H., ZHANG Y. H., ZHU T. J., TU, J. P., ZHANG X. B., Bismuth telluride nanotubes and effect on thermoelectric properties of nanotube-containing nanocomposites, Appl. Phys. Letter., 86, 062111, 2005.

[6] Lİ, L., YANG, Y. W., HUANG, X. H. , Lİ, G. H., ANG, R., ZHANG, L. D.,  Fabrication and electronic transport properies on Bi nanotubes arrays Appl. Phys. Letter., 88, 103119, 2006.