Разделы

Наука

Тонкопленочный холодильник достиг рекордной эффективности

Физики из Кембриджского университета провели ряд экспериментов по изучению охлаждающих свойств тонких оксидных пленок на основе природного минерала перовскита с эффективностью на два порядка выше, чем у известных науке аналогов.
В последнее время ученые проводят активные исследования охлаждающих свойств тонких пленок. Цель проводимых экспериментов — сокращение экологически опасных химических соединений типа хлорфторуглеродов в охлаждающих устройствах и разработка более эффективных методов охлаждения. К альтернативным охлаждающим устройствам относятся магнитные холодильные устройства и электрокалорические материалы. Поиск таких материалов активно велся в 1960-х и 1970-х годах, но до коммерческого использования дело не дошло, поскольку электрокалорический эффект в изучаемых материалах был слишком мал — всего лишь 2,5oC при напряжении 750 В.

Доктор Алекс Мищенко (Alex Mischenko) и его коллеги из Кембриджского университета в ходе проведенных исследований установили, что адиабатическое охлаждение тонких пленок из перовскита толщиной 350 нм происходит в 100 раз эффективнее, чем у любого другого из известных материалов этого типа, сообщает PhysicsWeb.

Тонкие пленки охлаждаются, когда снимается приложенное к ним электрическое поле, — это явление носит название электрокалорического эффекта. Перовскит представляет собой окись, содержащую свинец, цирконий и титан (PZT). Измеряя поляризацию электромагнитной волны в тонких пленках из перовскита при различных температурах, ученые установили, что материал остывает на 12oC при снятии приложенного напряжения в 25 В (электрическое поле — 776 кВ/см), т.е. эффективность охлаждения составляет 0,48 К/В. Это означает, что перовскитные пленки охлаждаются примерно в 100 раз лучше, чем другие известные материалы. Ученые назвали электрокалорический эффект перовскитных пленок «гигантским».

CNews подготовил инфографику по одной из крупнейших информационных систем России
Цифровизация

Эффект наиболее выражен при температуре 222oC, что в настоящее время исключает его практическое применение. Однако ученые планируют усовершенствовать технологию и в недалеком будущем уже использовать тонкие электрокалорические пленки в качестве охлаждающих материалов в компьютерных микросхемах и в биотехнологических системах — в частности, в сенсорах и микроэлектромеханических и инфракрасных системах формирования изображений. Новая технология охлаждения может также найти применение в автомобильной и космической промышленности, в кондиционерах и бытовых холодильных устройствах.

В настоящее время авторы исследования работают над снижением рабочей температуры PZT-пленок с 222oC до комнатной температуры путем введения различных примесей, а также ведут поиск новых электрокалорических материалов, не содержащих свинец.