伴随人工智能、高性能芯片以及微电子器件持续朝着更高集成度、更高功率密度的方向发展，电子器件散热已然成为制约未来信息技术发展的一项关键挑战。传统的风冷、液冷等方式难以充分契合芯片局部高热流密度的精准温控要求，而微型热电制冷器（Micro Thermoelectric Cooler，μ-TEC）凭借体积小巧、无运动部件、响应速度迅速以及能够实现局部主动制冷等优势，被视作光电芯片热管理的重要技术方向。近期，全国重点实验室陈玲教授、吴立明教授团队提出了一种低温、无水微器件制造的全新策略，成功研制出国际上首个基于镁基热电材料的高性能微型热电制冷器，为绿色、可持续的电子热管理提供了新的技术路径。
当前，商业微型热电制冷器几乎全部采用碲化铋（Bi2Te3）热电材料。尽管其性能卓越，但由于依赖稀缺元素碲（Te），不仅存在资源受限的问题，还面临环境与可持续发展方面的挑战。此外，碲化铋材料的机械性能欠佳，在微型器件制造过程中容易出现破损，这也限制了其器件进一步小型化。近年来，Mg3(Bi,Sb)2和MgAgSb等镁基热电材料因具备优异的室温热电性能以及更为环保的组成，被认为是替代碲化铋最具潜力的新一代热电材料。然而，这类材料对水分和温度极为敏感，且材料性能优化和界面制备通常依赖高温处理，容易引发组分挥发、相变和界面扩散等问题，因此长期以来难以实现微型器件集成。
针对这一难题，陈玲、吴立明教授研究团队创新地提出了低温、无水微器件制造工艺。研究人员利用磁控溅射技术，在室温条件下实现了热电材料与热电界面层之间的“冷连接”，避免了传统高温烧结过程中材料挥发、分解、界面扩散等问题。通过精确设计Cu/Mo和Ag/Mo多层界面结构，研究团队成功获得了均匀、稳定且结合牢固的金属/热电材料界面。其中，Cu/Mo/Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025界面的接触电阻率低至5.9 μΩcm²，达到国际先进水平，为镁基微型器件的高效运行提供了重要保障。
借助该制造工艺，研究团队成功制备出由12对热电偶构成的镁基微型热电制冷器。相较于以往研究报道，此器件中的热电支腿尺寸缩减至原尺寸的约3%（从1.5 × 1.5 × 2 mm³减小至0.48 × 0.48 × 0.56 mm³），器件集成密度达到93.5对/cm²。性能测试表明，该微型器件获得了4.34 W cm-2的最大制冷功率密度，相较此前最高报道值提升约4倍，充分证明了镁基材料在微型热电制冷领域的巨大应用潜力。
近期，该研究成果以“A Low-Temperature, Water-Free Fabrication Route to Mg-Based Micro Thermoelectric Coolers for Thermal Management”为题，发表于《自然》子刊《自然通讯》（Nature Communications）, DOI:10.1038/s41467-026-75165-8。武汉纺织大学、北京师范大学、和松山湖材料实验室为共同通讯署名单位。第一作者为北京师范大学博士后杨佳伟，松山湖材料实验室副研究员朱锐为共同第一作者。通讯作者包括松山湖材料实验室梅增霞教授，以及纺织新材料与先进加工全国重点实验室吴立明和陈玲教授。
