Los investigadores del Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins de Laurel (APL) en Maryland han creado una nueva tecnología de refrigeración termo-neiléctrica de estado sólido fácilmente producido con materiales nanogineados, que son dos veces más propensos con materiales termo eléctricos a granel disponibles comercialmente. Dado que aumenta la demanda global de soluciones de enfriamiento más sostenibles, confiables y compactas de energía, este progreso proporciona una alternativa escalable al refrigerador basado en el compresor basado en el tradicional.
Publicado en un artículo ComunicaciónUn equipo de investigadores de APL y un equipo de ingenieros de refrigeración de Samsung Research mostró materiales termo-bacterianos de alto rendimiento en la APP.
La tecnología de ajedrez es el resultado de una investigación de 10 años de APL en el desarrollo de materiales y aplicaciones termoléctricas de nanogenerado avanzados. Inicialmente desarrollado para aplicaciones de protección nacional, los ingredientes también se utilizaron para la terapia de enfriamiento no invasiva para prostática, y en 2023 una investigación y desarrollo ganó 100 premios.
“Esta exhibición del mundo real del refrigerador utilizando los nuevos materiales termolioléctricos muestra la capacidad de las películas delgadas de ajedrez nanogineadas”, dice el investigador principal de APL y Rama Venktasubrahmanian, técnico jefe de APL Termolectrics. “Marca un salto significativo en la tecnología de enfriamiento y prepara el escenario para traducirse en aplicaciones prácticas, a gran escala y de refrigeración sostenida por la energía”
Un nuevo punto de referencia para el enfriamiento de las escasas sólidas
La población funciona con varios factores para una tecnología de enfriamiento más calificada y compacta, incluido el crecimiento de la población, la urbanización y la electrónica avanzada y el crecimiento de la infraestructura de datos. Aunque los sistemas de enfriamiento convencionales son efectivos, a menudo son refrigeradores pesados, intensivos en energía y químicos que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente.
La refrigeración termoléctrica se considera ampliamente como una posible solución. Este método es fresco con el uso electrónico para eliminar el calor a través de materiales semicirculares especializados, eliminando los requisitos de las partes en ejecución o los productos químicos dañinos, lo que hace que estos refrigeradores de próxima generación sean tranquilos, compactos, confiables y sostenibles. Los materiales termoléctricos a granel se utilizan en dispositivos pequeños como mini frenanza, pero sus habilidades limitadas, bajas capacidades de bomba de calor e inconsistencias con chips de semiconductores esqueléticos han obstruido su amplio uso de sistemas de alto rendimiento.
En el estudio, los investigadores comparan los módulos del refrigerador utilizando los materiales termoléctricos de marea tradicionales que utilizan los materiales de la película de ajedrez mediante la medición y comparación de la energía eléctrica necesaria para lograr diferentes niveles de enfriamiento en el mismo sistema de prueba de refrigerador comercial. El Equipo de Solución de Vida de Investigación de Samsung, dirigido por el vicepresidente ejecutivo de Junehun Li, ayudó con la APL a verificar los resultados a través del modelado térmico detallado, para garantizar el rendimiento correcto en condiciones del mundo real y la cantidad de resistencia al calor y resistencia al calor.
Los resultados fueron interesantes: al usar materiales de ajedrez, el equipo de APL logró aproximadamente el 100% de la eficiencia que los materiales termoléctricos tradicionales a la temperatura del hogar (aproximadamente 80 grados Fahrenheit o 25c). Luego mejoran aproximadamente el 75% de la competencia en el módulo termolectric realizado con materiales de ajedrez, y traducen el 70% de la mejora en el sistema de refrigeración completamente integrado, cada uno de los cuales representa una mejora significativa en comparación con los dispositivos termoléctricos masivos sofisticados. Estas pruebas se completaron en situaciones que implican cantidades significativas de bombeo de calor para crear actividades prácticas.
Hecho de escala
Más allá de la mejora de las habilidades, la tecnología de cine delgada de ajedrez utiliza 0.003 centímetros cúbicos de material significativamente bajo, o aproximadamente el tamaño de arena por unidad por unidad de refrigerador. Esta reducción de elementos significa que los materiales termoléctricos de la APL pueden producirse mediante el uso de equipos de fabricación de chips de semiconductores, eficiencia de los gastos impulsores y un enorme consumo de mercado.
“Como resultado de esta tecnología de película delgada, es probable que el edificio más grande aumente las aplicaciones de HVAC al fortalecer el sistema de refrigeración de menor tamaño, como las baterías de iones de litio, ya que los vehículos pequeños y eléctricos son escamas en grandes dispositivos de energía como teléfonos móviles”.
Además, los materiales de ajedrez generalmente se crearon utilizando un proceso bien equipado utilizado para crear células solares de alta estrella que fortalecen el satélite y las luces LED comerciales.
“Hemos utilizado el depósito de vapor químico de metal-orgánico (MOCVD) para producir materiales de ajedrez, este es un método bien conocido por apoyar su escalabilidad, rentable y de gran producción de gran volumen”, John Piers, un ingeniero de investigación senior que lidera el MOCVD en la APL. “MOCVD ya se ha utilizado ampliamente comercialmente, hace que los materiales termoléctricos de la película delgada del ajedrez sean ideales para la escala”.
Estos materiales y dispositivos muestran el progreso reciente en el refrigerador, así como la promesa de una extensa recolección de energía y aplicaciones electrónicas. APL planea continuar la asociación con las empresas para refinar los materiales termoléctricos de la APL para mejorar la eficiencia para alcanzar los sistemas mecánicos convencionales. Los intentos futuros incluyen mostrar sistemas de refrigeración de mayor escala que incluyen congelador e integración de métodos artificiales basados en inteligencia para optimizar las habilidades energéticas en refrigeración y distribución de equipos de HVAC.
“Los materiales de ajedrez más allá del refrigerador pueden convertir las diferencias de temperatura en el cuerpo para usar el calor”, dijo el gerente del programa del área de exploración del área de la misión de investigación de investigación y desarrollo de la APL, Jeff Maranchi. “Además del progreso de las interfaces conmovedoras de la próxima generación, prostática e interfaces humanas-mesina, abre la puerta a la tecnología de combinación de energía de Scleble para aplicaciones de la computadora a la nave espacial, la capacidad que no era posible con viejos dispositivos termoléctricos más voluminales”.
“El éxito de este esfuerzo de colaboración demuestra que la refrigeración de los bosques sólidos de alto apropiado no solo es científicamente efectivo sino que también se produce en la escala”, dijo la gerente de comercialización de tecnología APL, Susan Ehlich. “Esperamos la oportunidad de transferir estas innovaciones a aplicaciones prácticas del mundo real, así como la oportunidad de transferir la investigación y la tecnología con las empresas”.
