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: Гаджеты и 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...
Фонд Юрия Лужкова поможет воплотить научные идеи победителей «АртПрома» 21 мая в Самаре стартовал международный фестиваль креативных технологий «АртПром», организованный Фондом всестороннего развития детей и молодежи «От ...
Фонд Юрия Лужкова поддержит грантом молодых инженеров и изобретателей на фестивале «АртПром» Фонд Юрия Лужкова примет участие в международном фестивале креативных технологий «АртПром» и предоставит премию в размере 300 тысяч рублей для поддер...
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...
Учёные доказали сухое происхождение полумиллиона марсианских склоновых полос Склоновые полосы, впервые замеченные в 1977 году, десятилетиями считались возможным признаком воды. Однако новое исследование подтверждает: современн...
Учёные оспорили признаки жизни на экзопланете K2-18b Группа исследователей из Чикагского университета поставила под сомнение сенсационные заявления об обнаружении потенциальных признаков жизни на экзопл...
Проверят дачу без председателя с 20 мая: за такой забор на участке ждите штраф — названо 1 условие Проверят дачу без председателя с 20 мая: за такой забор на участке ждите штраф — названо 1 условиеС 2024 года ужесточились требования к заборам на да...
Почему нельзя использовать пакеты из «Магнита» и «Пятёрочки» для мусора — запомните раз и навсегда Почему нельзя использовать пакеты из «Магнита» и «Пятёрочки» для мусора — запомните раз и навсегда Использование пакетов из супермаркетов для мусора ...
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...
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...
Эксперты рассказали, кто первым начнет получать зарплату в цифровых рублях Уже с 1 января 2026 года некоторые бюджетные организации могут начать выплаты зарплат своим сотрудникам цифровыми рублями. Закон о внедрении цифровог...
Средняя максимальная ставка по вкладам в топ-10 банков уверенно снижается Средняя максимальная ставка по рублевым вкладам в топ-10 российских банков, привлекающих наибольший объем депозитов физических лиц, продолжает снижат...
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...
Эксперты рассказали, кто первым начнет получать зарплату в цифровых рублях Уже с 1 января 2026 года некоторые бюджетные организации могут начать выплаты зарплат своим сотрудникам цифровыми рублями. Закон о внедрении цифровог...
С 1 июня полностью будет запрещена установка заборов на даче: их придётся убрать С 1 июня полностью будет запрещена установка заборов на даче: их придётся убратьС 2025 года вступили в силу изменения в законодательстве, которые огр...
Всю зиму собираю шелуху от лука: вот зачем она нужна на кухне — запомните раз и навсегда Всю зиму собираю шелуху от лука: вот зачем она нужна на кухне — запомните раз и навсегдаЕсли вы до сих пор считаете луковую шелуху мусором, вы упуска...
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...
Наступят тяжёлые времена: россиян, кто хранит сбережения дома, предупредили, с 10 июня уже будет поздно Наступят тяжёлые времена: россиян, кто хранит сбережения дома, предупредили, с 10 июня уже будет поздно Центробанк может пойти на смягчение денежно-к...
Учёные определили самый полезный фрукт: не яблоко, не банан и в два раза полезнее всех цитрусовых Учёные определили самый полезный фрукт: не яблоко, не банан и в два раза полезнее всех цитрусовыхВы точно добавляете лимон в чай, но даже не догадыва...
Эксперт Шаповалов: Деятельность фонда «Круга добра» носит важный ценностный характер для всей страны «То, что фонд «Круг добра» в массовом количестве закупает препараты для тяжело больных детей, создает основания для развития фармацевтического произв...
Общество: Смартфон заменит россиянам паспорт В Госдуму внесен законопроект о разработке многофункционального цифрового сервиса, который будет интегрирован с «Госуслугами». Планируется, что новое...
Не Москва и не Питер. Названы регионы с самыми высокими ежедневными расходами туристов Дальний Восток и Северный Кавказ возглавили список российских регионов с самыми высокими средними расходами туристов. К такому выводу пришли эксперты...
РЖД существенно увеличивают число туристических поездов Российские железные дороги существенно увеличивают число туристических поездов. Это следует из графика движения туристических поездов на 2026 год и I...
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...
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...
Где купить цифровую видеокамеру в Москве? Все цифровые камеры создают цифровые изображения, которые можно сохранить при необходимости на компьютере. Они выполняют быструю съемку и передачу из...
Расход воды в системах очистки: особенности работы мембранной фильтрации Современные технологии водоподготовки позволяют получать питьевую воду превосходного качества. Наиболее эффективным методом считается обратный осмос,...
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...
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...
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, ...
В России предложили ввести этичный подход к использованию ИИ в учебе Российские эксперты в сфере образования выступили против полного запрета на использование искусственного интеллекта (ИИ) в учебной деятельности студе...
Apple подтвердила возможности AirPods стать носимым монитором сердечного ритма Подразделение компании Apple, Apple Research, провело исследование будущего функционала наушников AirPods, которое показало, что модели ИИ могут оцен...
Календарь Кубка мира по биатлону сезона-2025/26: первый этап стартует в Эстерсунде в ноябре Кубок мира по биатлону-2025/26 Календарь соревнований 1-й этап Эстерсунд, Швеция 29 ноября – 7 декабря 29 ноября – эстафеты, мужчины и женщины 30 ноя...
СКА уволил Ротенберга и назначил Ларионова, Андреева победила Касаткину, Сафонов закрыл долг по алиментам в 66 млн рублей, УНИКС с бронзой и другие новости 1. Роман Ротенберг отправлен в отставку с поста главного тренера СКА, такое решение принял новый совет директоров (вот эти люди). Клуб из Санкт-Петер...
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...
Алла Пугачёва и Максим Галкин* посетили концерт Лаймы Вайкуле на Кипре. В сети обсуждают места, на которых они сидели Алла Пугачёва вместе с супругом Максимом Галкиным* по традиции посетили концерт своей близкой подруги Лаймы Вайкуле, который состоялся в Лимасоле (Ки...
Аглая Тарасова вышла в свет с предполагаемым бойфрендом Антоном Филипенко Аглая Тарасова и Антон Филипенко, которых подозревают в романе, появились вместе на публике. Пара в компании Юрия Колокольникова посетила фестиваль "...
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...