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.
Xiaomi представила внедорожники YU7, YU7 Pro и YU7 Max Xiaomi официально представила YU7 – свою вторую линейку электромобилей после Xiaomi SU7. Серия включает три внедорожника: YU7, YU7 Pro и YU7 Max. Осо...
Представлен Xiaomi Civi 5 Pro – камера Leica, 6000 мАч и чип Snapdragon 8s Gen 4 На презентации в Китае компания Xiaomi представила новое пополнение в линейке Civi – смартфон Civi 5 Pro. Устройство получило топовый чип Snapdragon ...
Анастасия Волочкова впервые побывала в Большом театре после скандального увольнения 20 лет назад Анастасия Волочкова впервые за много лет посетила Большой театр, чтобы проститься с хореографом Юрием Григоровичем, который скончался несколько дней ...
"Лопнул имплант". В сети обсуждают, почему Филипп Киркоров попал в больницу В сети обсуждают новости о госпитализации Филиппа Киркорова. Всё началось после того, как телеграм-канал Mash сообщил, что поп-король российской эстр...
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...
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...
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...
Видеоигра Fortnite возвращается в магазин приложений iPhone в США Популярная видеоигра Fortnite вернулась в магазин приложений для iPhone в США, положив конец длительному изгнанию, вызванному юридическим разбиратель...
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...
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 ...
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...
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...
Брянские школьники стали финалистами Всероссийской олимпиады по фармацевтике Подведены итоги второго тура Всероссийской естественнонаучной олимпиады «Российская школа фармацевтов». В число финалистов вошли 128 старшеклассников...
Чемпионат Испании. «Барселона» крупно обыграла «Атлетик», «Вильярреал» забил 4 гола «Севилье», «Атлетико» разгромил «Жирону» В пятницу «Бетис» сыграл вничью с «Валенсией» (1:1). В субботу «Реал» дома победил «Сосьедад» Арсена Захаряна (2:0). В воскресенье «Атлетико» в гостя...
Чемпионат Италии. «Ювентус» одолел «Венецию», «Рома» победила «Торино», «Аталанта» уступила «Парме» В пятницу «Наполи» обыграл «Кальяри» (2:0) и стал чемпионом, «Интер» победил «Комо» (2:0) и в итоге отстал от неаполитанцев на 1 очко. В субботу «Мил...
Эксперты ждут очередного Золотого мяча для Месси После триумфального выступления на футбольном чемпионате мира в Катаре лидер сборной Аргентины Лионель Месси стал основным претендентом на главную ин...
Топ-5 самых дорогих футболистов РПЛ составляют игроки «Зенита» Пока элитный футбольный дивизион России – Премьер-лига, находится на зимних каникулах, эксперты футбольного финансового рынка обновили ориентировочну...
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...
Рэпер Vacio вышел на связь после "отмены" из-за "голой вечеринки" и представил новый трек 27-летний рэпер Vacio (настоящее имя — Николай Васильев) впервые вышел на связь после "отмены" из-за "голой вечеринки" Насти Ивлеевой. После того как...
Ксения Собчак, Софья Эрнст, Гоша Рубчинский, Эвелина Хромченко и Валерия Гай Германика на показе Walk of Shame Вчера в московском Грибоедовском ЗАГСе прошёл первый за четыре года показ бренда Walk of Shame. В первом ряду собралась вся светская столица: Ксения ...
Аглаю Тарасову заподозрили в отношениях с Антоном Филипенко В сети ходят слухи, что 31-летняя Аглая Тарасова встречается с 40-летним актёром Антоном Филипенко. Артисты регулярно подогревают интерес к своим отн...
От курян поступают предложения по благоустройству Курска Куряне выделили основные проблемы благоустройства Курска и озвучили через интернет- голосование, что хотят видеть в обновленной столице соловьиного к...
В Курском цирке состоялось очередное представление премьеры военно-патриотического спектакля «Парад Великой Победы» Артисты Курского цирка поделились тонкостями своей профессии и работой за кулисами. О том, как проходила подготовка к военно-патриотическому спектакл...
Открыт прием заявок на IV федеральный конкурс «Тренер по бережливому производству – 2025» До 27 мая открыта регистрация на участие в конкурсе ФЦК «Тренер по бережливому производству-2025 Применяй! Обучай! Совершенствуй!». Соревнование напр...
Губернатор Брянской области доложил полпреду Президента в ЦФО о поддержке участников СВО Губернатор Брянской области Александр Богомаз принял участие в заседании Совета при полномочном представителе Президента РФ в ЦФО Игоре Щёголеве. В х...
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...
Эксперты ждут очередного Золотого мяча для Месси После триумфального выступления на футбольном чемпионате мира в Катаре лидер сборной Аргентины Лионель Месси стал основным претендентом на главную ин...
Топ-5 самых дорогих футболистов РПЛ составляют игроки «Зенита» Пока элитный футбольный дивизион России – Премьер-лига, находится на зимних каникулах, эксперты футбольного финансового рынка обновили ориентировочну...
Гаджеты недели 26 мая 2025 года Предлагаем вашему вниманию: ноутбук MSI Prestige 13 AI+ Ukiyo-e Edition с крышкой ручной работы; беспроводная раздельная клавиатура Asus ROG Falcata;...
HONOR анонсировал серию смартфонов HONOR 400 | 400 Pro с AI-камерой 200 Мп и новыми технологиями обработки изображений Бренд HONOR объявил о международном запуске серии HONOR 400. Смартфоны получили передовые технологии искусственного интеллекта для создания фотографи...
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...
Apple тестирует 200 Мп камеру: следующее поколение iPhone готовится к мегапиксельной гонке Apple может последовать примеру Samsung и других производителей, тестируя 200-мегапиксельную камеру для будущих моделей iPhone. Об этом сообщает надё...
Samsung рассматривает слияние подразделения System LSI с Foundry из-за снижения показателей Samsung Electronics может провести крупную реорганизацию внутри своей полупроводниковой империи. По информации южнокорейского издания SEDaily, руково...
Ротенберг выложил таблицу с медалями СКА с 2011 года, где клуб идет 1-м, опережая ЦСКА: «Благодарю болельщиков, «Газпром» и жителей Петербурга» В 2011-м Ротенберг стал вице-президентом армейского клуба. Медали чемпионата России до 2024 года распределялись по итогам плей-офф КХЛ (кроме сезона-...
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...
Процессоры для ПК среднего класса Ryzen 7 7700 и i5-14600KF сравнили В одном из выпусков на YouTube-канале Power-Art рассказали, чего стоит ожидать в играх от Ryzen 7 7700 и i5-14600KF, а также какой из них лучше покуп...
Аналитики F6 назвали самую недорогую услугу в теневом интернете Эксперты F6 проанализировали цены на теневые услуги и файлы в интернете Компания F6 представила исследование дарквеба, в котором проанализировали цен...
Изменения в обновлении KB5058502 Preview (сборки 22621.5413 и 22631.5413) для Windows 11 версий 22H2 и 23H2 Microsoft выпустила необязательное накопительное обновление KB5058502 (сборки 22621.5413 и 22631.5413) для Windows 11 версий 22H2 и 23H2, которое при...
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...
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...
Аниме по Death Stranding находится в разработке Создатель легендарной серии Metal Gear Solid и автор Death Stranding Хидео Кодзима официально подтвердил, что в настоящее время ведётся работа над ан...
Nothing Phone (3) выйдет в июле: первые тизеры Компания Nothing готовится к запуску своего следующего флагманского смартфона — Phone (3). С момента выхода предыдущей премиальной модели прошло два ...
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...
Татьяна Навка, Светлана Иванова, Катя Лель, Аврора и Светлана Хоркина на премьере шоу "Сны Пушкина" 27 мая в Универсальном спортивном зале "Дружба" в Москве состоялась светская гала-премьера циркового шоу "Сны Пушкина". Среди гостей были Ольга Карпу...
"Плачу в кулак". Мама Филиппа Бегака рассказала, что они с Настей Ивлеевой не пригласили её на свадьбу Мама Филиппа Бегака прокомментировала свадьбу своего сына с Настей Ивлеевой, которая состоялась сегодня. По словам Дарьи Семёновой, пара не пригласил...
В июне будем отдыхать сразу 9 дней подряд: решение принято В июне будем отдыхать сразу 9 дней подряд: решение принятоРоссиян ждёт рекордный отдых в июне: за счёт переноса выходных дней можно получить до 9 сво...
От Волги до Енисея: пензенцы увлеклись речными круизами От Волги до Енисея: пензенцы увлеклись речными круизами В этом