Johns Hopkins APL/Ed Whitman
Науковці з Лабораторії прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса розробили іноваційну технологію охолодження за рахунок твердотілих термоелектричних елементів.
За словами розробників, їхня технологія на основі твердотілих наноплівок, що отримала назву CHESS, удвічі ефективніша за попередні аналогічні розробки з використанням об’ємних термоелектричних матеріалів і має стати альтернативою охолодженню за допомогою компресорних установок.
Попри те, що компресорні системи, у яких холодоагенти перекачуються через змійовики для передачі тепла, довели свою ефективність, вони залишаються великогабаритними, споживають значну кількість енергії та використовують хімікати, що завдають шкоду навколишньому середовищу. Таким чином, термоелектричне охолодження, де електрони виконують функції охолоджувачу, переміщуючи тепло через спеціалізовані напівпровідникові матеріали, виглядає більш перспективно.
Попередні спроби створення продуктивної системи термоелектричного охолодження зазнали невдачі, оскільки використовували значні за розмірами матеріали, які б мали задовільняти потреби представлених на ринку сучасних холодильних систем. Однак ефективність виявилась низькою, а потужність теплового насосу недостатньою.
Дослідники з Лабораторії прикладної фізики у Меріленді використали нанотехнології для створення контрольованих ієрархічно спроектованих суперрешіткових структур (CHESS), створивши надтонкі наноплівки для систем охолодження.
Дослідники порівняли холодильні модулі, що використовують великорозмірні термоелектричні матеріали, з системами, що використовують наноплівки CHESS. За результатами стандартних випробувань холодильних систем виявилось, що наноплівки досягають 100% підвищення ефективності порівняно з традиційними аналогами під час роботи в умовах кімнатної температури.
Розробники також стверджують, що холодильні модулі, виготовлені з використанням матеріалів CHESS, в цілому будуть на 75% ефективнішими, а повністю інтегровані системи охолодження забезпечуватимуть підвищення ефективності на 70%. Під час експериментів кожен працюючий холодильний агрегат охолоджувався з використанням лише 0,003 см куб. вихідного матеріалу, що приблизно відповідає розміру піщинки.
«Для виробництва матеріалів CHESS ми використовували метод хімічного осадження з парової фази металоорганічних сполук. Ця тонкоплівкова технологія має потенціал для розвитку від живлення невеликих холодильних систем до підтримки великих систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря в будівлях, подібно до того, як літій-іонні акумулятори були масштабовані для живлення таких пристроїв, як мобільні телефони і електромобілі», — підкреслюють дослідники.
Окрім цього, як зазначають розробники, пристрої на основі матеріалів CHESS здатні перетворювати різницю температур на корисну енергію. Це дозволяє наблизитись до масштабованих технологій збору енергії для електронних пристроїв та навіть космічних апаратів.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature
Джерело: TechxXplore