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: Hi-Tech и Гаджеты. Читать весь текст на android-robot.com.
Чистка зубов ультразвуком. За и против Терапевтическая стоматология рекомендует чистить зубы ультразвуком, так как он помогает эффективно удалить с них налет и камень. Ультразвуковая чистк...
Где купить пульсоксиметры? Пульсоксиметр — это небольшой диагностический прибор, который измеряет уровень кислорода в крови и частоту пульса. Он помогает быстро оценить насыщен...
Что такое витальность и где взять жизненных сил. Объясняем простыми словами Витальность — жизненная энергия и сила, которая помогает человеку чувствовать себя активным, здоровым, стрессоустойчивым и вовлечённым в жизнь. Это с...
Психолог назвал причину бедности людей: они просто не умеют тратить Большинство россиян, согласно социальным опросам, перерабатывают. Но всё равно не могут прыгнуть выше планки среднего дохода. Оказывается, дело не в ...
Михаил Иванов прокомментировал свой уход из «Брянскфармации» Брянский депутат и общественный деятель Михаил Иванов в своих соц. сетях подтвердил уход с поста руководителя госпредприятия «Брянскфармации». В роли...
Жители Брянска продолжают страдать от огромных очередей в больницах Очередной пример деградации социальной сферы нашего региона вновь попал в медиа сферу. Сообщество «Подслушано Брянск» опубликовало пост следующего со...
Кефир и другие продукты, в которых пробиотиков больше, чем в йогурте Йогурт - это популярный источник пробиотиков, которые поддерживают пищеварение. Однако есть и большое количество другой пищи, обладающей подобными св...
Терапевт: кровоизлияние в мозг — одно из возможных последствий солнечного удара Терапевт Скандинавского Центра Здоровья Ольга Чистик предупредила, что солнечный удар — опасное состояние, вызванное прямым воздействием солнечных лу...
Google добавляет рекламу в поиск ИИ в битве ChatGPT Google заявила, что начинает встраивать рекламу в свой новый режим искусственного интеллекта для онлайн-поиска. Это стратегический шаг, призванный пр...
Выпущена линейка игровых флагманов Red Magic 10S Pro Компания Red Magic официально представила в Китае два новых геймерских смартфона — Red Magic 10S Pro и Red Magic 10S Pro+. Новинки впечатляют не толь...
Поливаю дорожки манным раствором — через 2 дня не обнаруживаю ни одного муравья: никакая «химия» не нужна Поливаю дорожки манным раствором — через 2 дня не обнаруживаю ни одного муравья: никакая «химия» не нужнаМанная крупа, сахар и борная кислота — три п...
Теперь медсправки будут выдавать по-новому: в ГАИ назвали изменения для водителей с 1 июня Теперь медсправки будут выдавать по-новому: в ГАИ назвали изменения для водителей с 1 июняС 2025 года бумажные медсправки для ГИБДД уходят в прошлое....
Изыскания для строительства: основа успешного проектирования и безопасного строительства Процесс строительства является многогранным и сложным, включающим множество этапов, начиная от проектирования и заканчивая сдачей объекта в эксплуата...
Где применяется струя бобра? Струя бобра – это уникальное натуральное средство, которое добывается из желез бобров. Используется в различных областях, включая медицину, парфюмери...
Поездка с риском для жизни: смолянин «налетел» на неожиданное препятствие на дороге в центре города Крышка люка, на которую наехал молодой человек, больно ударила не только по авто, но и по бюджету горожанина. Максим, герой нашей истории, — об...
Светская Москва переругалась из-за того, кому какое место досталось на показе Walk of Shame В модных телеграм-каналах раскритиковали рассадку на прошедшем в Грибоедовском ЗАГСе показе Walk of Shame. К обсуждению подключились светский журнали...
Линдси Лохан заявила, что не делала пластику, а её лицо изменилось благодаря натуральным сокам и ЗОЖ Линдси Лохан стала героиней нового номера журнала Elle. 38-летняя актриса снялась для обложки и дала интервью, в котором, в частности, заявила, что н...
«Плесень гибнет на свету». Управляющие компании заставят отчитываться перед собственниками жилья Управляющие компании теперь обязаны отчитываться перед собственниками жилья по единой форме. Закон, защищающий права жильцов многоквартирных домов (М...
Ведущие эксперты улучшили прогноз по инфляции и ожидают значительного укрепления рубля: консенсус-прогноз ЦБ Ведущие российские эксперты улучшили свои ожидания на 2025 год по показателю инфляции и прогнозируют укрепление рубля. Основные данные майского консе...
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 ...
Премия Трибуны Спортса’’ завершилась! Подводим итоги «Спортивного блогера года» Только что в «Лужниках» ведущий Сергей Гилев вместе с экспертами премии объявил лучших спортивных блогеров России в 23 номинациях. Победители и при...
«Челси» взял Лигу конференций, «Флорида» вновь в финале плей-офф, «Химки» не получили лицензии для РПЛ, Ташуев ушел из «Ахмата» после проигрыша «Уралу», Хачанов выиграл 5-сетовик на «Ролан Гаррос», «Динамо» продлило Тюкавина и другие новости 1. «Челси» выиграл Лигу конференций, забив 4 гола во 2-м тайме и одержав волевую победу над «Бетисом» – 4:1! У Палмера 2 ассиста, Кайседо, Санчо, Дже...
Valve официально прекратила поддержку CS:GO Компания Valve объявила о прекращении поддержки легендарной игры Counter-Strike: Global Offensive с 1 января 2024 года.С начала нового года компания ...
CS2: борьба за 200 тыс. долларов. Кто победит? В данной статье вы увидите обзор финалистов Elisa Masters Espoо 2023, а также общую информацию по турниру! Турнир Elisa Masters Espoo 2023 – это круп...
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...
Новый ресурс для любителей спортивных соревнований Любителям активного образа жизни стал доступен новый информационный портал - Сравни спортивные новости. Платформа предлагает актуальные сводки, анали...
Где смотреть матчи НБА, КХЛ и других видов спорта? Сегодня болельщики имеют доступ к спортивным трансляциям с любой точки мира, что связано с постоянным развитием цифровых технологий. Чтобы не пропуст...
«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...
Рынок подводных кабелей расширяется, поскольку ИИ и геополитика меняют глобальные сети Гиперскейлеры стимулируют ускоренные инвестиции в подводную кабельную инфраструктуру, поскольку глобальные беспорядки подчеркивают необходимость разн...
Датчики в реальном времени количественно определяют биомаркеры для улучшения ухода за ранами Оценка ран медицинскими специалистами в значительной степени основана на визуальном осмотре, который может быть сложным из-за его субъективной природ...
Инструмент ИИ позволяет автоматизировать оценку паралича лицевого нерва «Тонко настроенный» инструмент на основе искусственного интеллекта (ИИ) демонстрирует перспективность объективной оценки пациентов с параличом лицево...
Cоздана программа, моделирующая поведение жидкого металла в термоядерном реакторе В МИФИ создали программу, моделирующую поведение жидкого металла в термоядерном реакторе Сотрудниками кафедры физики плазмы НИЯУ МИФИ создан программ...
«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...
Когда россияне начнут снимать деньги с вкладов: прогноз эксперта Россияне начнут снимать деньги с вкладов при ключевой ставке в размере 15-17% годовых, рассказал агентству «Прайм» доцент кафедры «Финансы и кредит» ...
Рынок подводных кабелей расширяется, поскольку ИИ и геополитика меняют глобальные сети Гиперскейлеры стимулируют ускоренные инвестиции в подводную кабельную инфраструктуру, поскольку глобальные беспорядки подчеркивают необходимость разн...
Большие языковые модели испытывают трудности с координацией в социальных и кооперативных играх Большие языковые модели (LLM), такие как модель, лежащая в основе функционирования популярной диалоговой платформы ChatGPT, в настоящее время широко ...
С 8 июня полностью будет запрещена установка заборов на даче: их придётся убрать С 8 июня полностью будет запрещена установка заборов на даче: их придётся убратьВласти ужесточили правила, касающиеся заборов между дачными участками...
В Абхазию больше ни ногой, даже если предложат поехать бесплатно: туристка рассказала о самом ужасном отдыхе в её жизни В Абхазию больше ни ногой, даже если предложат поехать бесплатно: туристка рассказала о самом ужасном отдыхе в её жизниРоссийская туристка описала ко...
Политика: Москва предложила Киеву тест на готовность к миру «Российская делегация довольна итогами второго раунда переговоров с Украиной». Так Владимир Мединский охарактеризовал итоги встречи в Стамбуле, где р...
Туск пообещал вынести запрос о вотуме доверия правительству Польши в Сейм Премьер-министр Польши Дональд Туск сообщил о планах запросить вотум доверия для своего правительства в парламенте страны в самое ближайшее время. Пр...