近日，哈尔滨工业大学深圳校区前沿学部材料科学与工程学院的张倩、毛俊教授团队在铋化镁基热电器件领域取得重大突破。该团队成功研制出铋化镁基微型热电制冷器件，实现了在室温下59.0开尔文（K）的制冷温差、5.7瓦每平方厘米（W cm⁻²）的制冷功率密度以及65开尔文每秒（K s⁻¹）的高冷却速度。
热电器件通过电能直接实现热量的定向传输，具有无需制冷剂、无机械振动的优点。微型热电制冷器件因其高制冷功率密度和快速响应特性，在电子设备热管理领域具有重要应用价值。目前，商用微型热电制冷器件主要基于碲化铋材料，而铋化镁基合金不仅热电性能优异，还具备出色的机械性能和更低的原材料成本。
然而，铋化镁基热电器件的微型化面临诸多挑战，尤其是界面接触电阻带来的不可逆损耗问题。为解决这一问题，张倩、毛俊教授团队选用镁镍合金（Mg2Ni）作为接触层材料，通过放电等离子体烧结工艺实现低界面接触电阻，并通过机械抛光和磁控溅射铜薄膜进一步优化结构。最终，团队构建了铋化镁基热电臂，并将其集成在氮化铝覆铜陶瓷基板上，制备出高性能的微型热电制冷器件。
相较此前报道的铋化镁基热电制冷器件，该新型器件在室温下的制冷功率密度提升了3.5倍，达到5.7瓦每平方厘米（W cm⁻²），同时实现最大制冷温差59.0开尔文（K）和峰值制冷速度65开尔文每秒（K s⁻¹）。该器件已成功应用于单片机中央处理器（CPU）的温度管理，有效降低了其工作温度。在稳定性测试中，该器件历经270小时、约3000次工作电流循环后，仍能保持98%的初始制冷性能。
此次研究成果以《用于电子器件热管理的微型铋化镁基热电制冷器件开发》为题，发表于国际知名期刊《自然通讯》(Nature Communications)。深圳校区为论文第一完成单位，硕士研究生林晨浩为第一作者，博士后马晓静为共同第一作者，张倩、毛俊教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省重点研发项目等多个项目的支持。
这一突破性成果不仅为电子设备热管理提供了新的解决方案，也为铋化镁基材料在热电领域的应用开辟了广阔前景。随着技术的进一步优化和推广，预计将在更多领域发挥重要作用。
