На прошлой неделе компания Samsung Electronics объявила о публикации совместной научной статьи под названием «Наноинженерные термоэлектрические материалы на тонкопленочной основе обеспечивают практическое твердотельное охлаждение», подготовленной совместно с Лабораторией прикладной физики (APL) Университета Джонса Хопкинса. В статье описана разработка технологии термоэлектрического охлаждения нового поколения. Материал опубликован в авторитетном многопрофильном научном журнале Nature Communications.
Термоэлектрические устройства обеспечивают охлаждение за счет эффекта Пельтье: при подаче электрического тока через полупроводник одна его сторона охлаждается, а другая нагревается. Так как этот процесс не требует использования хладагентов, он все активнее рассматривается как экологичная альтернатива традиционным методам охлаждения.
Публикация стала результатом совместного проекта исследователей из команды Life Solution подразделения Samsung Research и группы ученого Рамы Венкатасубраманиана, работающей в области термоэлектрических материалов в рамках программы по физике, электронной элементной базе и устройствам в APL.
Первый в мире высокоэффективный термоэлектрический холодильник: шаг к коммерциализации
Используя разработанные с применением передовых методов наноинженерии тонкопленочные термоэлектрические полупроводниковые устройства, команда впервые успешно создала и продемонстрировала высокоэффективный термоэлектрический холодильник.
Этот тонкопленочный термоэлектрический холодильник превосходит по энергоэффективности традиционные компрессорные системы охлаждения, открывая путь к коммерческому выпуску холодильников нового поколения, не требующих хладагентов.
По сравнению с компрессионными системами, технология охлаждения на основе эффекта Пельтье позволяет достичь более быстрого и точного контроля температуры при упрощенной конструкции. Это делает ее применимой в различных отраслях — от бытовой техники до производства полупроводников, медицинских приборов, автомобильной электроники и оборудования для дата-центров.
Нанотехнологии повышают эффективность охлаждения и экономию ресурсов, способствуя снижению воздействия на окружающую среду
Для коммерциализации высокоэффективных решений на основе термоэлектрического охлаждения крайне важно добиться максимальной энергоэффективности полупроводниковых элементов.
Samsung и команда APL добились почти 75% прироста эффективности, применив новые тонкопленочные материалы, а также технологии миниатюризации и облегчения конструкции.
Созданное устройство продемонстрировало значительные преимущества с точки зрения ресурсной эффективности и возможности массового производства. Ученые подтвердили, что новый производственный процесс позволил сократить объем используемых материалов примерно до 1/1000 по сравнению с традиционными термоэлектрическими системами, а также упростить технологические этапы. Эти достижения повышают масштабируемость и открывают путь к серийному выпуску устройств, обеспечивая значительное снижение затрат и более благоприятное воздействие на окружающую среду.
Хотя устройства Пельтье существовали и ранее, их производительность не была столь эффективной, как требовалось для разработки холодильников и других охлаждающих устройств. Команда Life Solution Team компании Samsung Research работала с исследовательской группой термоэлектричества доктора Рамы Венкатасубраманиана в рамках программы исследований физики, электронных материалов и устройств APL для разработки устройства Пельтье нового поколения, которое использует передовую технологию наноинженерии для создания тонкопленочного термоэлектрического материала с улучшенными на 75% характеристиками.
Он позволяет разрабатывать высокопроизводительные холодильники и радикально меняет и упрощает процесс массового производства, поскольку требует всего 1/1000 материала Пельтье по сравнению с количеством, которое требовалось ранее.
Новая технология обеспечивает более быструю и точную регулировку температуры, более высокую энергоэффективность. Её можно широко использовать в автомобильной электронике, центрах обработки данных, медицинском оборудовании, полупроводниках и других областях.
Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса
Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL), расположенная в городе Лорел (штат Мэриленд), является некоммерческим университетским исследовательским центром (UARC), который решает сложнейшие научные, инженерные и аналитические задачи, критически важные для национальной безопасности США. Ученые, инженеры и аналитики лаборатории выступают в роли надежных консультантов и технических экспертов правительства, обеспечивая надежность передовых технологий, направленных на защиту страны и развитие космических исследований. Кроме того, APL ведет независимые научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, направленные на разработку и изучение перспективных технологий и концепций, отвечающих будущим национальным приоритетам. Подробнее — на сайте jhuapl.edu.
