Pesquisadores do Laboratório de Física Aplicados de Laurel da Johns Hopkins (APL) em Maryland criaram uma nova tecnologia de refrigeração termo-neilétrica de estado sólido facilmente produzido com materiais de nano-engenharia, que são duas vezes como os proticulantes feitos com materiais termo elétricos em massa disponíveis no mercado. Como a demanda global por soluções de resfriamento mais sustentáveis, confiáveis e compactas aumentam, esse progresso fornece uma alternativa escalável à geladeira baseada em compressor tradicional.
Publicado em um artigo ComunicaçãoUma equipe de pesquisadores da APL e uma equipe de engenheiros de refrigeração da Samsung Research mostrou materiais termo-bacterianos de engenharia nano-engenharia de alto desempenho, controlados por engenharia estruturas de engenharia superlatis (xadrez) no aplicativo.
A tecnologia de xadrez é o resultado de 10 anos de pesquisa da APL no desenvolvimento de materiais e aplicações termolétricas avançadas de nano-engenharia. Inicialmente desenvolvido para aplicações nacionais de proteção, os ingredientes também foram usados para terapia de resfriamento não invasiva para prostática e, em 2023, uma pesquisa e desenvolvimento ganharam 100 prêmios.
“Esta exibição do mundo real da geladeira usando os novos materiais termoliolétricos mostra a capacidade de filmes finos de xadrez nano-engenharia”, diz o investigador-chefe da APL e Rama Venktasubrahmanian, técnico-chefe do Apl Thermolectrics. “Ele marca um salto significativo na tecnologia de resfriamento e prepara o cenário para se traduzir em aplicações práticas de refrigeração prática em larga escala e sustentada por energia”
Um novo benchmark para resfriamento sólido a-aço
A população é alimentada por vários fatores para a tecnologia de refrigeração mais qualificada e compacta, incluindo crescimento populacional, urbanização e eletrônica avançada e crescimento na infraestrutura de dados. Embora os sistemas de refrigeração convencionais sejam eficazes, eles geralmente são refrigeradores pesados, intensivos em energia e química que podem ser prejudiciais ao meio ambiente.
A refrigeração termolétrica é amplamente considerada como uma solução possível. Este método é legal usando o eletrônico para remover o calor através de materiais semicirculares especializados, eliminando os requisitos de peças em execução ou produtos químicos nocivos, tornando essas geladeiras da próxima geração calma, compacta, confiável e sustentável. Os materiais termolétricos a granel são usados em dispositivos pequenos, como o mini-frigo, mas suas habilidades limitadas, baixas recursos de bombas de calor e inconsistências com chips semicondutores esqueléticos obstruíram seu amplo uso de sistemas de alto desempenho.
No estudo, os pesquisadores comparam os módulos de geladeira usando os materiais termolétricos tradicionais das marés que usam os materiais de filmão de xadrez medindo e comparando a energia elétrica necessária para alcançar diferentes níveis de resfriamento no mesmo sistema de teste de geladeira comercial. A equipe da Samsung Research Life Solution, liderada pelo vice-presidente executivo Junehun Li, ajudou no APL a verificar os resultados por meio de modelagem térmica detalhada, para garantir o desempenho correto em condições do mundo real e a quantidade de resistência e resistência ao calor.
Os resultados foram interessantes: usando materiais de xadrez, a equipe da APL alcançou cerca de 100% de melhoria da eficiência do que os materiais termolétricos tradicionais à temperatura em casa (cerca de 80 graus Fahrenheit ou 25c). Eles então melhorando cerca de 75% da proficiência no módulo termolétrico fabricado com materiais de xadrez e traduzem 70% da melhoria no sistema de refrigeração totalmente integrado, cada um dos quais representa uma melhoria significativa em comparação com dispositivos termolétricos sofisticados a granel. Esses testes foram concluídos em situações que envolvem quantidades significativas de bombeamento de calor para criar atividades práticas.
Feito de escala
Além da melhoria das habilidades, a tecnologia de filme fino de xadrez usa um material de 0,003 cúbicos de apenas 0,003 centímetros, ou do tamanho de areia por unidade por unidade de geladeira. Essa redução de elementos significa que os materiais termolétricos do APL podem ser produzidos usando equipamentos de fabricação de chips semicondutores, eficiência de gastos de direção e enorme consumo de mercado.
“Como resultado dessa tecnologia de filme fino, é provável que o edifício maior aumente as aplicações de HVAC do fortalecimento do sistema de refrigeração de tamanho menor, como baterias de íons de lítio como veículos pequenos e elétricos são escalas em dispositivos de energia grandes, como telefones celulares”.
Além disso, os materiais de xadrez eram geralmente criados usando um processo bem equipado usado para criar células solares de alta estrela que forçam o satélite e as luzes LED comerciais.
“Utilizamos depósito de vapor químico metal-orgânico (MOCVD) para produzir materiais de xadrez, este é um método conhecido por apoiar sua escalabilidade, produção econômica e de grande volume”, John Piers, um engenheiro de pesquisa sênior que lidera o MOCVD na APL. “O MOCVD já tem sido amplamente utilizado comercialmente, torna os materiais termolétricos de filmão fino de xadrez o ideal para escalar”.
Esses materiais e dispositivos estão mostrando o progresso recente na geladeira, bem como a promessa de extensas aplicações de coleta de energia e eletrônicos. A APL planeja continuar a parceria com as empresas para refinar os materiais termolétricos da APL para melhorar a eficiência para atingir sistemas mecânicos convencionais. As tentativas futuras incluem a exibição de sistemas de refrigeração em maior escala, incluindo freezer e integrar métodos orientados a inteligência artificial para otimizar as habilidades energéticas na refrigeração e no resfriamento ou distribuição de equipamentos de HVAC.
“Os materiais de xadrez além da geladeira são capazes de converter as diferenças de temperatura no organismo para usar o calor”, disse Jeff Maranchi, gerente de área de área de exploração da área de Missão de Missão de Missão de Missão de Missão de Missão Investigativa. “Além do progresso dos sistemas tocantes da próxima geração, prostáticas e interfaces humanas-mesina, ele abre a porta para a tecnologia de combinação de energia para aplicações de computador para espaçonave-a capacidade que não era possível com dispositivos termolétricos mais volumosos”.
“O sucesso desse esforço colaborativo prova que a refrigeração de alto aço sólido de estrelas não é apenas cientificamente eficaz, mas também produzida na escala”, disse Susan Ehlich, gerente de comercialização de tecnologia da APL. “Estamos ansiosos pela oportunidade de transferir essas inovações para aplicativos práticos do mundo real, bem como a oportunidade de transferir pesquisas e tecnologia com empresas”.
