Прорыв в термоэлектрике: охлаждение будущего — без фреонов и компрессоров

Учёные из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) совместно со специалистами Samsung разработали новую технологию охлаждения, которая может перевернуть представление о современных кондиционерах. Речь идёт о наноплёнках на основе структуры CHESS — Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures — которые обеспечивают охлаждение в два раза эффективнее традиционных систем и при этом полностью обходятся без фреонов.

Что не так с фреонами?

Фреоны — это хладагены, используемые в подавляющем большинстве холодильников и кондиционеров. Они не только вредны для окружающей среды (разрушают озоновый слой и усиливают парниковый эффект), но и требуют сложных, громоздких компрессорных систем. Альтернатива, разработанная исследователями, лишена этих недостатков.

Новая система охлаждения основана на термоэлектрическом эффекте — тепло отводится за счёт движения электронов через специально разработанные полупроводниковые материалы. При этом никаких подвижных деталей, вибраций или шума. Всё максимально компактно и надёжно.

Что такое CHESS?

Сердце новой технологии — наноструктурированные плёнки CHESS, созданные с помощью метода металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD). Этот метод уже давно используется в производстве светодиодов и солнечных панелей, поэтому процесс масштабируемый и промышленно отработанный.

Удивительно, но для создания одного охлаждающего элемента требуется всего 0,003 кубического сантиметра материала — это меньше рисового зёрнышка. Благодаря такому объёму ресурсозатраты на производство минимальны, а значит, технология может быть внедрена в массовое производство без космических затрат.

Почему это важно?

По словам Рамы Венкатасубраманиана, главного технолога APL, результаты испытаний впечатляют: модули на основе CHESS показали до 75% лучшую производительность по сравнению с текущими аналогами, а вся система в целом — на 70% эффективнее современных кондиционеров.

Эти показатели открывают путь к созданию новых поколений энергоэффективных и экологически чистых систем вентиляции — от бытовых до промышленных. Учёные уже сравнивают своё изобретение с революцией, которую когда-то произвели литий-ионные батареи.

Что дальше?

Если технология продолжит показывать такие же результаты за пределами лаборатории, то в ближайшие годы мы сможем увидеть компактные, тихие и «зелёные» кондиционеры, которые легко устанавливаются в домах, офисах и даже в автомобилях. При этом они не будут требовать сложного обслуживания и, самое главное, не навредят планете.

Вполне возможно, что через десятилетие привычные нам кондиционеры с фреонами уйдут в прошлое, как ушли плёночные фотоаппараты и ламповые телевизоры. А началась эта трансформация — с наноплёнки размером с песчинку.