Исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, разработали новую, легко изготавливаемую технологию твердотельного термоэлектрического охлаждения с использованием наноматериалов, которая в два раза эффективнее устройств, изготовленных из имеющихся в продаже объемных термоэлектрических материалов.
Поскольку во всем мире растет спрос на более энергоэффективные, надежные и компактные решения для охлаждения, это достижение предлагает масштабируемую альтернативу традиционному компрессорному охлаждению.
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, группа исследователей из APL и инженеров-холодильщиков из Samsung Electronics продемонстрировала повышение эффективности и производительности теплового насоса в холодильных системах за счет использования высокопроизводительных нанотехнологических термоэлектрических материалов, изобретенных в APL и известных как управляемые иерархически спроектированные сверхрешеточные структуры (CHESS).
Технология CHESS является результатом 10 лет исследований APL в области передовых нанотехнологических термоэлектрических материалов и разработки приложений.
Первоначально разработанный для приложений национальной безопасности, материал также использовался для неинвазивной охлаждающей терапии для протезирования и получил награду R&D 100 в 2023 году.
«Эта реальная демонстрация охлаждения с использованием новых термоэлектрических материалов демонстрирует возможности тонких пленок CHESS, созданных с помощью нанотехнологий », — сказал Рама Венкатасубраманян, главный исследователь совместного проекта и главный технолог по термоэлектричеству в APL.
«Это знаменует собой значительный скачок в технологии охлаждения и закладывает основу для воплощения достижений в области термоэлектрических материалов в практичные, крупномасштабные, энергоэффективные холодильные решения».
Новый эталон твердотельного охлаждения Стремление к более эффективным и компактным технологиям охлаждения обусловлено рядом факторов, включая рост населения, урбанизацию и растущую зависимость от передовой электроники и инфраструктуры данных.
Обычные системы охлаждения, хотя и эффективны, часто громоздки, энергоемки и зависят от химических хладагентов, которые могут быть вредны для окружающей среды.
Термоэлектрическое охлаждение широко рассматривается как потенциальное решение.
Этот метод охлаждения использует электроны для перемещения тепла через специализированные полупроводниковые материалы, устраняя необходимость в движущихся частях или вредных химикатах, что делает эти холодильники следующего поколения тихими, компактными, надежными и устойчивыми.
Объемные термоэлектрические материалы используются в небольших устройствах, таких как мини-холодильники, но их ограниченная эффективность, низкая тепловая мощность и несовместимость с масштабируемым производством полупроводниковых кристаллов исторически препятствовали их более широкому использованию в высокопроизводительных системах.
В ходе исследования ученые сравнили холодильные модули, в которых используются традиционные объемные термоэлектрические материалы, с модулями, в которых используются тонкопленочные материалы CHESS, в стандартизированных испытаниях на охлаждение, измеряя и сравнивая электрическую мощность, необходимую для достижения различных уровней охлаждения в одних и тех же системах испытаний коммерческих холодильников.
Группа специалистов по холодильному оборудованию из Samsung Electronics под руководством инженера-материаловеда Сонджина Юнга сотрудничала с APL для проверки результатов с помощью детального теплового моделирования, количественной оценки тепловых нагрузок и параметров теплового сопротивления, чтобы обеспечить точную оценку производительности в реальных условиях.
Результаты оказались поразительными: используя материалы CHESS, команда APL добилась почти 100%-ного повышения эффективности по сравнению с традиционными термоэлектрическими материалами при комнатной температуре (около 80 градусов по Фаренгейту, или 25°C).
Затем они преобразовали эти достижения на уровне материалов в почти 75%-ное повышение эффективности на уровне устройств в термоэлектрических модулях, созданных с использованием материалов CHESS, и 70%-ное повышение эффективности в полностью интегрированной системе охлаждения, что представляет собой значительное улучшение по сравнению с современными объемными термоэлектрическими устройствами.
Эти испытания проводились в условиях, которые включали значительную перекачку тепла для имитации практической работы.
Создано в масштабе Помимо повышения эффективности, тонкопленочная технология CHESS использует значительно меньше материала — всего 0,003 кубических сантиметра, или примерно размер песчинки, на холодильную установку.
Это сокращение материала означает, что термоэлектрические материалы APL могут производиться массово с использованием инструментов для производства полупроводниковых чипов, что повышает эффективность затрат и обеспечивает широкое внедрение на рынке.
«Эта тонкопленочная технология имеет потенциал для развития от питания небольших холодильных систем до поддержки крупных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях, подобно тому, как литий-ионные аккумуляторы были масштабированы для питания таких устройств, как мобильные телефоны, и таких больших, как электромобили», — сказал Венкатасубраманьян.
Кроме того, материалы CHESS были созданы с использованием хорошо зарекомендовавшего себя процесса, который обычно применяется для производства высокоэффективных солнечных элементов, используемых для питания спутников и коммерческих светодиодных фонарей.
«Для производства материалов CHESS мы использовали метод химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD), который хорошо известен своей масштабируемостью, экономической эффективностью и способностью поддерживать крупносерийное производство», — сказал Джон Пирс, старший инженер-исследователь, возглавляющий направление развития MOCVD в APL.
«MOCVD уже широко используется в коммерческих целях, что делает его идеальным для масштабирования производства тонкопленочных термоэлектрических материалов CHESS».
Эти материалы и устройства продолжают демонстрировать перспективность для широкого спектра приложений по сбору энергии и электроники в дополнение к последним достижениям в области охлаждения.
APL планирует продолжить сотрудничество с организациями для усовершенствования термоэлектрических материалов CHESS с акцентом на повышение эффективности до уровня традиционных механических систем.
Будущие усилия включают демонстрацию более масштабных холодильных систем, включая морозильники, и интеграцию методов на основе искусственного интеллекта для оптимизации энергоэффективности при раздельном или распределенном охлаждении в холодильном и климатическом оборудовании.
«Помимо охлаждения, материалы CHESS также способны преобразовывать разницу температур, например, тепло тела, в полезную энергию», — сказал Джефф Маранчи, менеджер исследовательской программы в исследовательском и опытно-конструкторском отделе APL.
«Помимо совершенствования тактильных систем, протезирования и человеко-машинных интерфейсов нового поколения, это открывает двери для масштабируемых технологий сбора энергии для приложений от компьютеров до космических аппаратов — возможностей, которые были невозможны с использованием старых громоздких термоэлектрических устройств».
«Успех этого совместного проекта демонстрирует, что высокоэффективное твердотельное охлаждение не только научно обосновано, но и может быть произведено в больших масштабах», — заявила Сьюзан Эрлих, менеджер по коммерциализации технологии APL.
«Мы с нетерпением ждем продолжения исследований и возможностей передачи технологий компаниям, поскольку мы работаем над воплощением этих инноваций в практические, реальные приложения».
Рубрика: Технологии. Читать весь текст на android-robot.com.
В Курске предприниматели обсудили внедрение дизайн-кода для торговых павильонов В Торгово-промышленной палате Курской области прошёл круглый стол, посвящённый актуальным проблемам бизнеса в условиях режима контртеррористической о...
Как безопасно купить автомобиль: особенности и этапы, плюсы обращения в DSS Group Покупка автомобиля – всегда радостное и в то же время волнительное событие, к реализации которого нужно подходить серьезно и основательно. Чтобы выбр...
Рефинансирование кредитной карты: ключевые преимущества, основные этапы процедуры Кредитные карты являются удобными инструментами, дающими возможность распоряжаться денежными средствами по мере необходимости. Однако вследствие непр...
Любовь, интриги, Босфор: секреты успеха турецких фильмов и сериалов Первый турецкий фильм, снятый в 1914 году, стал началом большой истории турецкого кино. Его расцвет наступил в 1950-х, когда киностудии выпускали до ...
Почему мы так любим индийское кино? Индийское кино — это удивительный мир, в котором переплетаются традиции и современность, драма и комедия, музыка и танец. С момента своего появления ...
В Норильске нашли новый минерал, который должен быть только в космосе. Как так? Думали, метеориты уникальны? А вот Земля только что подкинула учёным сюрприз: в Норильске нашли минерал, который раньше считали космическим эксклюзив...
Кариес — ВСЁ! Учёные из Воронежа придумали новую наноплёнку для зубов Вы чистите зубы дважды в день, плюётесь ополаскивателем и всё равно каждый год слышите от стоматолога: «Надо сверлить, с вас миллион денег». Знакомо?...
Канны-2025: 15 модных провалов — от старомодной Натали Портман до "готической" Кары Делевинь На Лазурном Берегу Франции завершился 78-й Каннский кинофестиваль, который проходил с 13 по 24 мая. От лучших образов, в которых селебрити блистали н...
"Докопалась до правды". На бывшую жену Паши Техника завели уголовное дело в Таиланде На 30-летнюю Еву Карицкую, бывшую жену Паши Техника и мать его сына Ивана, завели уголовное дело в Таиланде. Об этом женщина сама сообщила в своих со...
Биткоин уверенно обновляет максимумы Влияние на рынок:3Картина рынкаКапитализация рынка в четверг утром превышала $3.5 трлн., позже немного отступив ниже этого круглого уровня. Интересно...
Биткоин на подступах к вершине, Крипторынок пока разгоняется Влияние на рынок:3Картина рынкаКапитализация рынка выросла на 2% за последние 24 часа до $3.37 трлн. Это на 8.5% ниже январских исторических пиков. О...
Что такое трансгуманизм и почему его боятся. Объясняем простыми словами Трансгуманизм — множество философских течений и общественных движений, объединённых идеей совершенствование природы человека на основе достижений нау...
Синоптик Тишковец: лето в Москве начнётся с тепла и гроз Сейчас в столице стоит настоящая июльская жара. Метеорологическое лето наступит в Москве 27 мая, сообщал ранее ведущий специалист центра погоды «Фобо...
Как обжать интернет кабель в домашних условиях При первом подключении интернета провайдер берет на свои плечи все технические работы, связанные с проведением кабеля в квартиру. В список входит и п...
Как разорвать пару с Apple Watch: простая инструкция Содержание:Для чего это может быть нужно?Как разорвать пару с Эппл Вотч?Умные часы Apple Watch тесно интегрированы с iPhone, но бывают ситуации, когд...
"Я была в параллельном мире". МакSим рассказала, что чувствовала в коме Певица МакSим, которая в 2021 году несколько месяцев провела в коме, рассказала о своём опыте."Не буду вдаваться в детали, это долгая история, не пох...
"Говорил, что я страшная и моё место в дурдоме". Вера Полозкова* обвинила бывшего мужа в многолетнем абьюзе Поэтесса Вера Полозкова* рассказала, что много лет была жертвой абьюза со стороны бывшего мужа — бас-гитариста её группы Александра Бганцева. По её п...
«Почему он не в колонии?»: Известный адвокат возмущена «щадящим» условным сроком для Навального Лидеру ФБК в 2017 году продлили испытательный срок до 2020 года. Адвокат Сталина Гуревич вновь призывает МВД обратить пристальное внимание на персону...
Уже отпустили? Экс-глава Раменского района активничал в соцсети после ареста за якобы убийство любовницы Проверка на полиграфе косвенно подтвердила вину Андрея Кулакова, сообщают СМИ. После задержания экс-главы Раменского района, на странице подозреваемо...
mindmoney отзывы: Реальные истории успеха и трудностей в MindMoney MindMoney — международный брокер нового поколения MindMoney — это современный брокер, предлагающий своим клиентам доступ к широкому спектру финансовы...
Нежная творожная запеканка в духовке: классика и вариации Творожная запеканка — это не только вкус детства, но и универсальное блюдо, которое легко адаптировать под разные вкусы и предпочтения. В духовке она...
TCL выпустила AR-очки с дисплеями от iPad Pro и 3D-звуком Компания RayNeo официально представила в Китае новое поколение AR-очков — модели Air 3s и Air 3s Pro. Обе новинки уже доступны на JD.com по цене 1499...
EA отменяет разработку игры про Чёрную Пантеру Electronic Arts официально закрывает студию Cliffhanger Games и отменяет разрабатываемую ею игру по вселенной Marvel — Black Panther. Проект был пред...
Аппаратная замена масла акпп Аппаратная замена масла в АКПП предполагает полную замену масла для поддержания работы АКПП и продления срока её эксплуатации. К основным преимуществ...
Специальная мойка Чистый воздух Чистый воздух В мире загрязнение воздуха становится всё более актуальной проблемой, обеспечение чистоты является серьезной задачей. Чтобы улучшить ка...
В Армянской церкви ответили на слова Пашиняна про «чулан с рухлядью» Высказывание Никола Пашиняна о церкви вызвало резкую реакцию духовенства и общественности, усугубив уже напряженные отношения между государством и Ар...
Как похудеть женщине после 50 лет: что есть нельзя, а что добавить в рацион Вопрос о том, можно ли похудеть женщине, перешагнувшей 50-летний рубеж, волнует многих. С возрастом в организме происходят естественные изменения, за...
Заставлял ползать перед ним и изображать ослиное ржание: появились новые подробности преступлений миллиардера Мохаммеда Аль-Файеда Газета The Times опубликовала отрывок из книги о Мохаммеде Аль-Файеде, бывшем владельце фешенебельного лондонского универмага Harrods. Мохаммед был о...
"Прилетает по сей день". Светлана Бондарчук рассказала, от чего страдала в браке с Фёдором Бондарчуком 56-летняя Светлана Бондарчук в беседе с Сергеем Минаевым рассказала, какие трудности принёс ей брак с Фёдором Бондарчуком. По словам Светланы, когда ...
В сети появились рендеры Sony Xperia 1 V Мы надеемся, что Xperia 1 V уже не за горами. По-прежнему существует определенная вероятность того, что телефон появится на выставке MWC в Барселоне ...
Samsung показала Galaxy S23 и S23+ с обновленным дизайном Вслед за Galaxy S23 Ultra сегодня показали и обновление базовых моделей Galaxy S. И хотя Samsung улучшила основные аппаратные и программные функции, ...
Судья Google Search изучает возможности искусственного интеллекта в разрешении судебных споров Федеральный судья, который будет решать, как ограничить монополию Google в поиске, также учитывает ее преимущества в области искусственного интеллект...
Китайские автопроизводители получили суровое предупреждение о «ценовой войне» после скидок Ведущая отраслевая группа выступила с резкой критикой в адрес автопроизводителей, разжигающих «ценовую войну», спустя неделю после того, как китайс...
Аппаратная замена масла акпп Аппаратная замена масла в АКПП предполагает полную замену масла для поддержания работы АКПП и продления срока её эксплуатации. К основным преимуществ...
Специальная мойка Чистый воздух Чистый воздух В мире загрязнение воздуха становится всё более актуальной проблемой, обеспечение чистоты является серьезной задачей. Чтобы улучшить ка...
Любовь, интриги, Босфор: секреты успеха турецких фильмов и сериалов Первый турецкий фильм, снятый в 1914 году, стал началом большой истории турецкого кино. Его расцвет наступил в 1950-х, когда киностудии выпускали до ...
Почему мы так любим индийское кино? Индийское кино — это удивительный мир, в котором переплетаются традиции и современность, драма и комедия, музыка и танец. С момента своего появления ...
Nintendo стремится повторить успех Switch с новой консолью Nintendo надеется повторить ошеломительный успех Switch, когда ее новая консоль более высокого уровня поступит в продажу в четверг. Ожидается, что пе...
Судья Google Search изучает возможности искусственного интеллекта в разрешении судебных споров Федеральный судья, который будет решать, как ограничить монополию Google в поиске, также учитывает ее преимущества в области искусственного интеллект...
В Гагарине подрядчик сорвал сроки капремонта моста На совещании, проведенном главой района, принято решение «регулярно мониторить ход выполнения работ» В Гагарине подрядчик сорвал срок капит...