Изследователи от Лабораторията по приложна физика на Джон Хопкинс (APL) съвместно със Samsung Electronics са разработили нов твърдотелен термоелектричен охлаждащ материал, подходящ за масово производство с помощта на полупроводникова технология. Разработчиците твърдят, че новоразработката е два пъти по-ефективна от термоелектричните материали за охлаждане на електронно оборудване.

Технологията за твърдотелно термоелектрично охлаждане CHESS (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures) е резултат от десетгодишни изследвания на APL. Първоначално тя е разработена като част от проект за национална сигурност за програма на DARPA в САЩ, но авторите смятат, че спектърът от приложения на CHESS е много по-широк – от охлаждане на протези до отвеждане на топлината от електронно оборудване.

„Нашата демонстрация в реални условия на охлаждане с помощта на нови термоелектрични материали показва потенциала на CHESS. Това бележи значителен скок напред в технологията за охлаждане и полага основите за превръщането на напредъка в областта на термоелектричните материали в практически, широкомащабни и енергийно ефективни приложения за охлаждане.“

казва съвместният ръководител на проекта Рама Венкатасубраманиан

Технологията се основава на използването на електрони за разсейване на топлината чрез специализирани полупроводникови материали, като се премахва необходимостта от движещи се части или охлаждащи течности. Изследователите са използвали металоорганично химическо отлагане от пари (MOCVD) за производството на материалите CHESS. Според учените „този метод е известен със своята мащабируемост, рентабилност и способност за поддържане на производство в големи обеми“.

Използвайки CHESS материали, екипът разработчици е постигнал почти 100% подобрение на ефективността на разсейване на топлината в сравнение с конвенционалните термоелектрически материали при стайна температура.

Това се изразява в почти 75% подобрение на ефективността на ниво устройство в термоелектрически модули и 70% подобрение на ефективността в напълно интегрирана охладителна система.

„Тази тънкослойна технология има потенциал да се развие от захранване на малки охладителни системи до поддържане на големи сградни системи, подобно на начина, по който литиево-йонните батерии бяха мащабирани, за да захранват устройства, малки като мобилни телефони и големи като електромобили.“

смята Венкатасубраманиан

Разработчиците планират да продължат да усъвършенстват термоелектричните материали CHESS с акцент върху подобряване на ефективността, за да се доближат до ефективността на конвенционалните механични системи. Те възнамеряват скоро да демонстрират хладилни системи, базирани на CHESS в по-голям мащаб, включително фризери. Друга област на бъдещата им работа ще бъде интегрирането на изкуствен интелект за оптимизиране на енергийната ефективност при разделно или разпределено охлаждане в хладилно оборудване и оборудване за контрол на климата.

В допълнение към охлаждането, CHESS материалите са способни да преобразуват температурните разлики, като например телесната топлина в използваема енергия. В допълнение към развитието на следващото поколение тактилни системи, протези и интерфейси човек-машина. Tова отваря вратата към мащабируеми технологии за събиране на енергия за приложения, вариращи от компютри до космически кораби – възможности за охлаждане, които не бяха осъществими с по-старите, обемисти термоелектрически устройства.

Разработчиците са уверени, че технологията за охлаждане CHESS открива нови перспективи не само в научно, но и в търговско отношение. Понастоящем те работят върху превръщането на тези иновации в практически, реални приложения.