Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Учёные создали полупроводниковый кулер для всего — без движущихся частей, шума и жидкости
22.05.2025 [18:42],
Сергей Сурабекянц
Исследователи из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, APL) совместно с Samsung Electronics разработали новый твердотельный термоэлектрический охлаждающий материал, пригодный для массового производства с использованием полупроводниковой технологии. Разработчики утверждают, что новинка в два раза эффективнее ранее разработанных термоэлектрических материалов для охлаждения электронного оборудования. 
Источник изображения: eenewseurope.com Технология твердотельного термоэлектрического охлаждения CHESS (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures — «управляемые иерархически спроектированные сверхрешёточные структуры») стала результатом десятилетних исследований APL. Изначально она разрабатывалась в рамках проекта национальной безопасности для программы DARPA в США, но авторы считают, что спектр применения CHESS гораздо шире — от охлаждения протезов конечностей до отвода тепла от электронного оборудования. «Наша реальная демонстрация охлаждения с использованием новых термоэлектрических материалов показывает возможности CHESS, — заявил руководитель совместного проекта Рама Венкатасубраманиан (Rama Venkatasubramanian). — Это знаменует собой значительный скачок в технологии охлаждения и закладывает основу для перевода достижений в области термоэлектрических материалов в практические, крупномасштабные, энергоэффективные холодильные приложения». Технология основана на использовании электронов для отвода тепла через специализированные полупроводниковые материалы, что устраняет необходимость в движущихся частях или охлаждающих жидкостях. Исследователи использовали металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) для производства материалов CHESS. По словам учёных, «этот метод известен своей масштабируемостью, экономической эффективностью и способностью поддерживать крупносерийное производство». 
Структура CHESS в тонкоплёночных материалах P- и N-типа. Источник изображения: nature.com Используя материалы CHESS, команда разработчиков достигла почти 100 % повышения эффективности отвода тепла по сравнению с традиционными термоэлектрическими материалами при комнатной температуре. Это означает почти 75 % повышение эффективности на уровне устройства в термоэлектрических модулях и 70 % повышение эффективности в полностью интегрированной системе охлаждения. 
Охлаждение большой площади с минимальным количеством пар P-N. Источник изображения: nature.com «Эта тонкоплёночная технология имеет потенциал для роста от питания небольших холодильных систем до поддержки крупных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха зданий, подобно тому, как литий-ионные батареи были масштабированы для питания таких маленьких устройств, как мобильные телефоны, и таких больших, как электромобили», — уверен Венкатасубраманиан. Разработчики планируют продолжить совершенствование термоэлектрических материалов CHESS с акцентом на повышение эффективности, чтобы приблизиться к эффективности обычных механических систем. В скором времени они собираются продемонстрировать более масштабные холодильные системы на основе CHESS, включая морозильные камеры. Другим направлением их дальнейшей работы станет интеграция ИИ для оптимизации энергоэффективности при раздельном или распределённом охлаждении в холодильном и климатическом оборудовании. 
Термоэлектрическое качество (ZT) при температуре 300 К, измеренное методом Хармана. Источник изображения: nature.com «Помимо охлаждения, материалы CHESS также способны преобразовывать разницу температур, например, тепло тела, в полезную энергию, — отметил менеджер исследовательской программы Джефф Маранчи (Jeff Maranchi). — В дополнение к продвижению тактильных систем следующего поколения, протезов и человеко-машинных интерфейсов, это открывает дверь к масштабируемым технологиям сбора энергии для приложений, начиная от компьютеров и заканчивая космическими аппаратами — возможности охлаждения, которые были нереализуемы с помощью старых громоздких термоэлектрических устройств». 
Термическое моделирование и внедрение модулей TFTEC в холодильную систему. Источник изображения: nature.com Разработчики уверены, что технология охлаждения CHESS открывает новые перспективы не только в научном, но и в коммерческом плане. В настоящее время они работают над переводом этих инноваций в практические, реальные приложения. Учёные придумали простую насадку на выхлопную трубу автомобиля для получения бесплатного электричества
01.03.2025 [15:34],
Геннадий Детинич
75 % энергии при работе двигателя внутреннего сгорания буквально вылетает в трубу или рассеивается в виде тепла. Было бы заманчиво задействовать эту энергию для полезной работы, например, для генерации электричества — подзарядки батарей гибридных автомобилей в движении или зарядки мобильных устройств. Эта проблема настолько заинтересовала учёных из Университета штата Пенсильвания, что они придумали простую насадку на выхлопную трубу для генерации электричества от выбросов. 
Источник изображения: ACS Applied Materials & Interfaces 2025 Исследователи разработали и испытали систему радиаторов, которая без дополнительных средств охлаждения (например, водяного) создавала значительный перепад температур. Чем больше температурный градиент, тем эффективнее работает термоэлектрический генератор, поскольку электроны активнее перетекают от нагретой зоны к охлаждённой. Предложенная учёными система накладных радиаторов оказалась достаточно эффективной и универсальной, что допускает её установку на выхлопную трубу любого транспортного средства с ДВС. Для преобразования тепла выхлопных газов в электричество учёные использовали полупроводниковый материал — теллурид висмута. Насадка, установленная на выхлопную трубу автомобиля, позволила вырабатывать 56 Вт электричества при моделировании движения на максимальной скорости. Расчётная мощность генератора в стандартных условиях составила 40 Вт — этого достаточно, чтобы бесплатно зарядить смартфон или ноутбук. Вероятно, система также поможет гибридным автомобилям дольше двигаться на электротяге, подзаряжая аккумуляторы на ходу во время работы ДВС. Установка того же термоэлектрического генератора на выхлопную трубу вертолёта позволила вырабатывать 146 Вт электричества — в три раза больше, чем на автомобиле. Для бортовых систем вертолёта это, конечно, капля в море, но без генератора эта энергия попросту рассеялась бы в воздухе. Теперь же она делает транспорт с ДВС чуть более эффективным и менее вредным для экологии. Возможно, такие разработки станут шагом на пути к совершенствованию двигателей внутреннего сгорания, прежде чем они уступят место экологически чистым видам транспорта. |
© 1997—2026 3DNews
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
