В будущем такая система сможет осуществлять охлаждение процессоров за счет их собственного паразитного тепла, без использования дополнительной энергии.
Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии и университета Цукуба в Японии создали твердотельное охлаждающее устройство, функционирующее по обратному принципу. Чем сильнее его нагревают, тем ниже температура на выходе. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Energy.
Традиционные холодильники и кондиционеры имеют схожую конструкцию. Компрессор сжимает хладагент, который нагревается, передает тепло окружающей среде, а затем через расширительный клапан резко падает в давлении и температуре, забирая тепло из охлаждаемого пространства. У этой схемы есть уязвимость — электрический компрессор, который постоянно требует энергии и создает шум.
Технологии твердотельного охлаждения не используют компрессора и газообразного хладагента. Одним из направлений является эластокалорическое охлаждение, в котором роль хладагента выполняет металл с памятью формы. При его растяжении и сжатии происходит изменение кристаллической структуры, что приводит к выделению или поглощению тепла. Однако для этого необходимо, чтобы электромотор или гидравлический привод растягивал и отпускал такой металл множество раз в минуту — в системе остается только сам хладагент, а не она в целом.
Команда, возглавляемая Цзиньюань Сюй, руководителем группы молодых исследователей в тепловой лаборатории ZEco при KIT, решила эту задачу довольно просто: один металл с памятью формы заставляет двигаться другой. 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 при остывании. Это растяжение и сжатие деформирует вторую пленку — тот самый хладагент, который, в свою очередь, то отдает, то забирает тепло.
«Главное новшество здесь в том, что мы объединили две взаимодополняющие функции сплавов с памятью формы: одна пленка превращает тепло в механическую работу, а другая — эту работу в холод», — отметила Сюй.