В будущем такая система сможет осуществлять охлаждение процессоров, используя их собственное паразитное тепло, без потребления дополнительных ватт энергии.
Исследователи из Технологического института Карлсруэ и университета Цукуба разработали устройство для твердотельного охлаждения, которое функционирует иначе: чем больше его нагревают, тем холоднее оно становится на выходе. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Energy.
Традиционные холодильники и кондиционеры работают по схожему принципу. Компрессор сжимает хладагент, который нагревается, отдает тепло окружающей среде, а затем через расширительный клапан резко падает в давлении и температуре, забирая тепло из охлаждаемого пространства. Слабым местом данной схемы является электрический компрессор, который постоянно требует энергии и создает шум.
Технологии твердотельного охлаждения могут обойтись без компрессора и газа-хладагента. Одним из направлений является эластокалорическое охлаждение, где роль хладагента выполняет металл с памятью формы. При растяжении и сжатии он меняет свою кристаллическую структуру, выделяя или поглощая тепло. Однако необходимо, чтобы электромотор или гидравлический привод выполняли растяжение и отпускание такого металла сотни раз в минуту, в результате чего твердотельным в системе остается лишь сам хладагент, а не вся система.
Группа под руководством Цзинъюань Сюй, возглавляющая группу молодых исследователей в тепловой лаборатории ZEco при KIT, нашла простое решение данной проблемы: привела в движение первый металл с помощью второго металла с памятью формы. Прототип состоит из двух тонких пленок из сплава никеля и титана толщиной 22 и 26,5 мкм. Первая пленка выполняет функцию привода: она сжимается при нагреве и растягивается обратно при охлаждении. Именно это растяжение и сжатие деформирует вторую пленку, которая представляет собой хладагент, реагирующий на изменение температуры путем отдачи или поглощения тепла.
«Ключевое новшество заключается в объединении двух взаимодополняющих функций сплавов с памятью формы: одна пленка преобразует тепло в механическую работу, а другая использует эту работу для создания холода», — пояснила Сюй.