美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室(APL)研發(fā)出一項新型固態(tài)熱電制冷技術(shù),采用納米工程材料——受控分層工程超晶格結(jié)構(gòu)(CHESS),其效率達(dá)到商用塊體熱電材料器件的兩倍。該成果發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications),標(biāo)志著熱電制冷技術(shù)邁向高效、可實用化的重要突破。
CHESS材料基于十余年APL研究積累,最初用于國家安全領(lǐng)域,后拓展至醫(yī)療冷卻等應(yīng)用。該技術(shù)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝制備,這一方法成熟且易于大規(guī)模生產(chǎn)。
在標(biāo)準(zhǔn)化測試中,CHESS材料在室溫環(huán)境下表現(xiàn)出近乎翻倍的材料級效率提升。基于該材料構(gòu)建的制冷模塊實現(xiàn)設(shè)備級效率提高75%,整機(jī)系統(tǒng)效率提升70%,顯示出顯著優(yōu)于傳統(tǒng)熱電設(shè)備的性能。
該薄膜技術(shù)單位制冷單元材料用量極低,僅約0.003立方厘米,有利于通過半導(dǎo)體工藝進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn),大幅降低成本。CHESS技術(shù)未來可擴(kuò)展至從小型制冷設(shè)備到大型建筑暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)等多種應(yīng)用場景,甚至可用于將溫差轉(zhuǎn)化為電能,服務(wù)于能量收集、可穿戴設(shè)備及航天等領(lǐng)域。
APL表示將繼續(xù)推動該材料在制冷及能源收集領(lǐng)域的應(yīng)用,并進(jìn)一步與產(chǎn)業(yè)界合作,推進(jìn)其規(guī)模化制造與實際應(yīng)用。
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