電子設備冷卻

電子設備冷卻包括電子系統的熱設計、分析和實驗表徵，是保證電子設備和系統持續穩定工作的重要環節，其應用範圍涵蓋了普通電子計算機、紅外遙感系統、衛星系統、深海潛艇電子系統等。

傳統的電子設備冷卻系統常採用被動散熱方式，例如計算機散熱常採用散熱器擴大電子元件與空氣的接觸面積，從而提高空氣對流散熱的效率，以降低元件外殼溫度。同時，也可利用風增加對流。

熱設計和分析是根據設計規則或傳熱相關性，使用手工計算或電子表格進行的。還使用計算機輔助工程工具，例如計算流體動力學。

主動電子冷卻

電子設備的常規珀耳帖冷卻裝置

除了被動導熱外，電子設備的冷卻還可以通過熱電冷卻裝置實現。熱電冷卻屬於主動冷卻，需要消耗電能。

當向n 型（p 型）半導體材料施加外部電壓時，電場力會將自由電子（空穴）從一端向另一端驅動，並同時輸運電子動能和熵。達到穩定狀態後，半導體內部會建立起一個溫度梯度，用以平衡電場的驅動力，此即為熱電學中的珀耳帖效應。基於此效應製成的製冷或冷卻裝置被稱為珀耳帖冷卻器。一個珀耳帖冷卻器至少由一個n 型腳和一個p 型腳組成，也稱為珀耳帖結。儘管珀耳帖冷卻器的效率通常僅為逆卡諾循環製冷的10-15%或蒸汽壓縮循環製冷效率的40-60%，但由於其固態、低維護需求、尺寸緊湊和無噪音等特殊性質，可能依然是某些特殊應用場景的唯一選擇，包括衛星、潛艇和極其緊湊的空間的電子設備。

將多個珀耳帖結堆疊在一起，每個珀耳帖結負責一個特定的溫度窗口，即可進一步提高電子設備冷卻的整體性能。作為消耗功率的主動型熱泵，熱電冷卻器可以產生低於環境的溫度。單這一優勢，其他傳統的被動散熱器、散熱器冷卻液體冷卻或熱管 HSF，都無法實現。然而，在泵送熱量時，珀耳帖 模塊通常也會消耗比泵送的熱量更多的電能。

幾十年來，電子設備的熱電冷卻主要採用鉍、碲及其化合物等窄帶隙半導體來製造，直到「唐-崔瑟豪斯理論」的提出。該理論指出，將具有寬一些的帶隙的半導體進行工程改造和納米處理後，可以實現更高性能的電子設備冷卻器材。

隨後，唐爽在麻省理工學院和IBM進一步指出，如果將某些碳基半導體或半金屬材料，如碳納米管和石墨烯超晶格，製成複合型電子設備冷卻裝置，便可以在單個設備中，同時實現被動導熱和主動冷卻。