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: Наука. Читать весь текст на android-robot.com.
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, ...
Политический деятель и меценат Игорь Пушкарев Игорь Пушкарев – это имя, которое знакомо каждому, кто следит за политической и деловой жизнью России. Этот выдающийся политик, предприниматель, канд...
Председатель ВЭБ.рф Игорь Шувалов Функционал ВЭБ.РФ регламентируется федеральным законом «О государственной корпорации развития ВЭБ.РФ» и подчинён задаче поддержки экономического разв...
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...
Анонс Windows 11 Insider Preview Build 26120.4161 (канал Beta) Добрый вечер, друзья! Microsoft выпустила новую предварительную сборку Windows 11 (версия 24H2) под номером 26120.4161 (KB5058515) для участников про...
Анонс Windows 11 Insider Preview Build 27863 (канал Canary) Добрый вечер, друзья! Microsoft выпустила новую предварительную сборку Windows 11 под номером 27863 для участников программы Windows Insider, использ...
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...
В Казахстане выставили на продажу советский кабриолет за 99 млн рублей На классифайдах обнаружен редкий парадный ЗиС-110Б, который выпускали ограниченным тиражом в 1950-е годы. В Казахстане вернули в исходное состояние к...
Автокультура открывает сезон классического ралли Гонка стартовала у московского музея Моторы Октября и предварялась экскурсией по нему. Финиш состоялся за городом, в отеле Hilton Garden Inn Moscow N...
Супруги Кузнецовы из Добруни отметили 60-летний юбилей супружеской жизни В тихом уголке Добрунского сельского поселения, словно драгоценный камень, засверкал бриллиантовый юбилей – Александр Петрович и Светлана Афанасьевна...
Брянская команда «Русская броня» завоевала кубок на футбольном турнире в Луганске и доставила гуманитарный груз в зону СВО В Луганске на республиканском стадионе «Авангард» под эгидой Российского футбольного союза состоялся товарищеский турнир по футболу на «Кубок Союза в...
Молодежный экофестиваль состоялся в Петербурге на полях НМЭК Санкт-Петербург стал центром притяжения молодых экоактивистов и экспертов: 21 мая здесь прошел масштабный Молодежный экофестиваль «Росатом Экофе...
Воробьёв предложил масштабировать подмосковный сервис подключения объектов к сетям на всю страну По сообщению пресс-службы правительства Подмосковья, инициатива была представлена на заседании президиума Госсовета под председательством президента ...
Брянский общественник после ответа замгубернатора Свинцова не может понять мы живем по закону или по понятиям Известный в Брянске общественник Александр Лебедев написал письмо брянским функционерам, своё впечатление от ответа он разметил публично. Приводим ег...
Какие сюрпризы могут принести скучные предстоящие выборы в Брянской области? Этой осенью в нашем регионе пройдут очередные выборы, губернатора и, не смотря на явный низкий интерес жителей к этому действу, наверное, нужно затро...
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...
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...
Изменения в обновлении KB5058499 Preview (сборка 26100.4202) для Windows 11 версии 24H2 Microsoft выпустила необязательное накопительное обновление KB5058499 (сборка 26100.4202) для Windows 11 версии 24H2, которое приносит с собой исправ...
Анонс Windows 11 Insider Preview Build 27868 (канал Canary) Добрый вечер, друзья! Microsoft выпустила новую предварительную сборку Windows 11 под номером 27868 для участников программы Windows Insider, использ...
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, ...
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,...
Химчистка ковров: Искусство восстановления уюта и чистоты Ковер — это не просто декоративный элемент. Он играет важную роль в интерьере, создавая атмосферу тепла, уюта и комфорта. Однако с течением времени д...
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...
Microsoft Edge Game Assist теперь доступен всем пользователям Windows 11 Microsoft в своём блоге объявила, что функция Game Assist в браузере Microsoft Edge теперь доступна всем пользователям Windows 11. Напомним, что тест...
Состоялся релиз стабильной версии Microsoft Edge 137 Microsoft начала распространять стабильную версию Microsoft Edge 137 (137.0.3296.52), которая включает в себя несколько новых функций, улучшений и ис...
Olimpbet считает, что Бублика ждет серьезная проверка в матче за четвертьфинал «Ролан Гаррос» На Открытом чемпионате Франции стартовала решающая неделя. Единственным казахстанцем на главном грунтовом соревновании сезона остается Александр Бубл...
Психология Прибыльного Трейдера: ЧЕК-ЛИСТ [подробный план по шагам] Психология трейдера — ключевой элемент, который отличает убыточного «игрока» от стабильного профессионала. Ранее на этом сайте мы уже говор...
Паттерны DBLHC и DBHLC | Price Action Сегодня продолжим рассматривать разворотные паттерны Прайс Экшн — DBLHC и DBHLC. Использовать в трейдинге их совсем не сложно, поэтому эта стра...
Топ 5 - Лучшие проекторы с аккумуляторами За яркость проекторов с аккумуляторами приходится переплачивать в 3-6 раз больше по сравнению с обычными моделями, поэтому приобретать такой проектор...
ТОП 5 - Лучшие LED/LASER проекторы для домашних кинотеатров LED/LASER проекторы пока так и не приблизились по ценам к ламповым моделям, а их уже вытесняют большие телевизоры, которые стремительно дешевеют Наст...
Биткоин повернулся к росту, а Ethereum продолжает биться с 200-дневной MA Влияние на рынок:2Картина рынкаКапитализация рынка на уровне $3.32 трлн. сохраняется примерно на том же уровне, что днём ранее. С началом нового меся...
Доллар завершил отскок, вернувшись к долгосрочному снижению Влияние на рынок:3Американский доллар укреплял важность поддержки, отскакивая в начале недели от уровней вблизи 98.7. Доллар выкупают из этой области...
"Лисьи глазки намарафетил". Евгений Плющенко сделал пластическую операцию у Тимура Хайдарова Евгений Плющенко сделал пластическую операцию в клинике скандально известного хирурга Тимура Хайдарова. Ролик с изменившейся внешностью фигуриста опу...
Коуча Филиппа Киркорова Инну Тлиашинову заочно арестовали и объявили в розыск из-за неуплаты налогов на полмиллиарда рублей Блогера и коуча Филиппа Киркорова Инну Тлиашинову, которая также называет себя "экспертом по подсознанию", заочно арестовали и объявили в межгосударс...
"Лисьи глазки намарафетил". Евгений Плющенко сделал пластическую операцию у Тимура Хайдарова Евгений Плющенко сделал пластическую операцию в клинике скандально известного хирурга Тимура Хайдарова. Ролик с изменившейся внешностью фигуриста опу...
Коуча Филиппа Киркорова Инну Тлиашинову заочно арестовали и объявили в розыск из-за неуплаты налогов на полмиллиарда рублей Блогера и коуча Филиппа Киркорова Инну Тлиашинову, которая также называет себя "экспертом по подсознанию", заочно арестовали и объявили в межгосударс...
"Лисьи глазки намарафетил". Евгений Плющенко сделал пластическую операцию у Тимура Хайдарова Евгений Плющенко сделал пластическую операцию в клинике скандально известного хирурга Тимура Хайдарова. Ролик с изменившейся внешностью фигуриста опу...
Коуча Филиппа Киркорова Инну Тлиашинову заочно арестовали и объявили в розыск из-за неуплаты налогов на полмиллиарда рублей Блогера и коуча Филиппа Киркорова Инну Тлиашинову, которая также называет себя "экспертом по подсознанию", заочно арестовали и объявили в межгосударс...
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...
Политический деятель и меценат Игорь Пушкарев Игорь Пушкарев – это имя, которое знакомо каждому, кто следит за политической и деловой жизнью России. Этот выдающийся политик, предприниматель, канд...
Председатель ВЭБ.рф Игорь Шувалов Функционал ВЭБ.РФ регламентируется федеральным законом «О государственной корпорации развития ВЭБ.РФ» и подчинён задаче поддержки экономического разв...
Биржа криптовалют Binance Тому, кто хочет торговать криптовалютой, зарабатывая на этом, нужна надёжная биржа. Это обеспечит спокойствие и уверенность в сохранности денег. Сред...
Что такое платеж Роялти? Платеж роялти это регулярное вознаграждение за использование интеллектуальной собственности. Он применяется в сфере франчайзинга и лицензирования. Ро...
В 2017-м Навальный рассказал, что Медведев прячет свои резиденции, яхты и виноградники за благотворительными фондами. С тех пор эти фонды стали еще богаче. После начала войны их осыпают деньгами, выяснила «Система» В марте 2017 года Фонд борьбы с коррупцией Алексея Навального опубликовал одно из своих самых громких расследований — фильм «Он вам не Димон» о резид...
В больницах Беларуси тайно лечат российских военных — участников вторжения в Украину. Среди «секретных пациентов» — командир псковских десантников, которых обвиняют в убийстве мирных жителей Бучи Белорусский расследовательский центр (БРЦ) получил доступ к внутренней базе главного военно-медицинского управления министерства обороны России. Журн...
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,...
Крупная победа России и покер Гладышева, «Зенит» перехватил Осипенко у «Динамо», Комличенко в «Локо», Абрамович не вернется в футбол, Овечкин внесен в список «Миротворца» и другие новости 1. Сборная России шикарно завершила сезон – разгром Беларуси 4:1 с покером Ярослава Гладышева . Это всего четвертый покер в истории сборной. Первые т...
Фетисов о КХЛ: «Навели порядок, лишили московских олигархов шансов подминать под себя другие команды. Это радует. ЦСКА мне сейчас не родной, тот закончился в СССР» – В финале Кубка Гагарина играли « Локомотив » и « Трактор ». Чего не хватает столичным клубам, которые много лет задавали тон в нашем хоккее? – Меня...