Новый прорыв в охлаждении удваивает эффективность термоэлектрических устройств

Исследователи из APL разработали новые материалы CHESS, которые значительно повышают эффективность термоэлектрических охлаждающих устройств. Их прорыв почти удваивает производительность традиционных материалов при комнатной температуре. Фото: Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) разработали новую твердотельную термоэлектрическую технологию охлаждения с наноинженерными материалами, которая в два раза эффективнее устройств, созданных из коммерчески доступных объемных термоэлектрических материалов.

В статье, опубликованной в Nature Communications, команда исследователей из APL и инженеров по охлаждению из Samsung Research продемонстрировала улучшенную эффективность отвода тепла в системах охлаждения благодаря высокопроизводительным наноинженерным термоэлектрическим материалам, известным как контролируемые иерархически сконструированные сверхрешеточные структуры (CHESS).

«Эта демонстрация охлаждения с использованием новых термоэлектрических материалов показывает возможности наноинженерных тонкопленочных материалов CHESS», — заявил Рама Венкатасубраманиан, главный исследователь совместного проекта. — «Это знаменует значительный скачок в технологии охлаждения».

В исследовании сравнивались модули охлаждения с использованием традиционных материалов и материалов CHESS. Результаты показали почти 100% улучшение эффективности при комнатной температуре (около 25°C). На уровне устройств эффективность улучшилась на 75%, а в полностью интегрированной системе охлаждения — на 70%.

Технология CHESS использует значительно меньше материала — всего около 0,003 кубических сантиметра на единицу охлаждения (размер песчинки). Это позволяет массово производить термоэлектрические материалы с использованием инструментов для производства полупроводниковых чипов.

«Эта тонкопленочная технология имеет потенциал для масштабирования от небольших систем охлаждения до крупных приложений HVAC для зданий», — отметил Венкатасубраманиан.

Материалы CHESS были созданы с использованием хорошо зарекомендовавшего себя процесса металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD), широко применяемого в производстве высокоэффектельных солнечных элементов для спутников и коммерческих светодиодных ламп.

Помимо охлаждения, материалы CHESS способны преобразовывать перепады температур (например, тепло тела) в полезную энергию, что открывает возможности для создания масштабируемых технологий энергосбора для различных применений — от компьютеров до космических аппаратов.