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 и Технологии. Читать весь текст на android-robot.com.
Руководство Брянщины встретилось с партактивом «Единой России» Вчера, 23 мая, в концертном зале Брянской областной филармонии состоялась вторая, завершающая встреча участников предварительного голосования по канд...
Фондовый рынок, Daily history за 22 мая 2025 г. Индекс Изменение, пункты Цена закрытия Изменение, % NIKKEI 225 -313.11 36985.87 -0.84 Hang Seng -283.47 23544.31 -1.19 KOSPI -31.91 2593.67 -1.22 ASX...
Валютный рынок, Daily history за 22 мая 2025 г. Валютная пара Цена закрытия Изменение, % AUDUSD 0.64099 -0.35 EURJPY 162.483 -0.33 EURUSD 1.12795 -0.38 GBPJPY 193.263 0.09 GBPUSD 1.34196 0.07 NZDUS...
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...
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...
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...
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...
Степанова об альтернативе Олимпиаде: «Под «придумать» я понимаю внятное бизнес-предложение, с которым нужно выходить к частному капиталу» «Под «придумать» я понимаю внятное бизнес-предложение, с которым можно (нужно!) выходить к частному капиталу. Просить и убеждать спонсировать «Альтер...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
HONOR представил серию 400_400 Pro в Китае рекордная батарея 7200 мАч, мощный процессор и защита по стандартам IP69+IP69 В Шэньчжэне состоялась презентация новой серии HONOR 400, в рамках которой бренд HONOR, мировой лидер в создании экосистемы устройств с искусственным...
Новый проектор Wanbo Vali 1 уже в России Компания diHouse представляет на российском рынке новый портативный Full HD-проектор – Wanbo Vali 1. Модель разработана с фокусом на геймерскую аудит...
Обзор TECNO CAMON 40 Pro 5G: теперь с ИИ-помощником Хватит ли вам смартфона среднего сегмента? А, может, нужен флагман? Получив на тест TECNO CAMON 40 Pro 5G, мы решили не писать стандартный обзор, а с...
Лучший пылесос для бассейна: инструкция по выбору и мини-подборка отличных моделей Водный пылесос — это специальное устройство, предназначенное для очистки бассейна от грязи, песка, листьев и других загрязнений. Например, с его помо...
«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...
Курские таможенники отметили День ветеранов таможенной службы День ветеранов таможенной службы, празднуемый 29 мая, профессиональный праздник для тех, кто отдал годы ради борьбы с контрабандой и для тех, кто сто...
«К новым вершинам» В Курске прошла межрегиональная конференция по обмену опытом развития туризма и краеведенья В Курске представители нескольких регионов России обсудили формы и методы туристско-краеведческой деятельности для патриотического воспитания детей, ...
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...
Заставлял ползать перед ним и изображать ослиное ржание: появились новые подробности преступлений миллиардера Мохаммеда Аль-Файеда Газета The Times опубликовала отрывок из книги о Мохаммеде Аль-Файеде, бывшем владельце фешенебельного лондонского универмага Harrods. Мохаммед был о...
"Прилетает по сей день". Светлана Бондарчук рассказала, от чего страдала в браке с Фёдором Бондарчуком 56-летняя Светлана Бондарчук в беседе с Сергеем Минаевым рассказала, какие трудности принёс ей брак с Фёдором Бондарчуком. По словам Светланы, когда ...
Google выпустила приложение для запуска моделей ИИ на смартфонах На прошлой неделе Google выпустила новое приложение, которое позволяет пользователям запускать на своих смартфонах ряд популярных моделей искусственн...
Google провела ранее анонсирование серии Pixel 10 и Android 16 Уже ходили слухи о более раннем, чем ожидалось, дебюте серии Pixel 10. И теперь эксклюзивное приглашение на мероприятие Pixel Superfans в Лондоне ста...
HONOR представил серию 400_400 Pro в Китае рекордная батарея 7200 мАч, мощный процессор и защита по стандартам IP69+IP69 В Шэньчжэне состоялась презентация новой серии HONOR 400, в рамках которой бренд HONOR, мировой лидер в создании экосистемы устройств с искусственным...
Новый проектор Wanbo Vali 1 уже в России Компания diHouse представляет на российском рынке новый портативный Full HD-проектор – Wanbo Vali 1. Модель разработана с фокусом на геймерскую аудит...
Курские таможенники отметили День ветеранов таможенной службы День ветеранов таможенной службы, празднуемый 29 мая, профессиональный праздник для тех, кто отдал годы ради борьбы с контрабандой и для тех, кто сто...
«К новым вершинам» В Курске прошла межрегиональная конференция по обмену опытом развития туризма и краеведенья В Курске представители нескольких регионов России обсудили формы и методы туристско-краеведческой деятельности для патриотического воспитания детей, ...
Умер отец Рианны, с которым певица была в сложных отношениях На 71-м году жизни умер отец 37-летней Рианны, Рональд Фенти. Об этом сообщает Page Six.По информации издания, Рональда не стало в субботу, 31 мая. П...
"Абсолютная пошлость". Николай Цискаридзе о фильме "Анора", скандальном дебюте Марии Шуваловой в Большом театре, Максиме Галкине* и Алле Пугачёвой 51-летний Николай Цискаридзе дал развёрнутое интервью Лауре Джугелии. В нём он высказался о недавнем скандале вокруг дебюта в Большом театре Марии Шу...
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...
«Блочные войны» в Колхозном переулке Смоленска: кто прав в «восстании» автовладельцев Бетонные блоки перегораживают проезд в Колхозном переулке в районе домов №№19 и 19а. Smolnarod попытался разобраться в истории соседских «войн&#...
Свидетели по делу экс-главы Гагаринского района Романа Журавлева меняют показания Сразу два ключевых свидетеля, которые на этапе следствия изобличали бывшего главу района, на судебном заседании «забыли» о том, как он оказывал на ни...