| 0 |
|
Дослідники з Лабораторії прикладної фізики імені Джона Гопкінса (APL) і компанії Samsung Electronics розробили твердотілий термоелектричний охолоджувальний матеріал, який може бути створений в об'ємі з використанням технології напівпровідникових процесів.
Керовані ієрархічно спроєктовані надгратчасті структури (CHESS) вдвічі ефективніші за пристрої, виготовлені з комерційно доступних об'ємних термоелектричних матеріалів для охолодження електронного обладнання. Технологія CHESS - результат десятирічних досліджень APL, які спочатку призначалися для застосування у сфері національної безпеки в рамках програми DAPRA в США, але також використовувалися для забезпечення охолодження протезів кінцівок.
«Ця реальна демонстрація охолодження з використанням нових термоелектричних матеріалів демонструє можливості наноінженерних тонких плівок CHESS», - сказав Рама Венкатасубраманіан (Rama Venkatasubramanian), головний дослідник спільного проєкту та головний технолог з термоелектриків в APL. «Це значний стрибок у технології охолодження і закладає основу для втілення досягнень у галузі термоелектричних матеріалів у практичні, великомасштабні, енергоефективні холодильні додатки».
Охолодження здійснюється внаслідок використання електронів для перенесення тепла через спеціалізовані напівпровідникові матеріали, що усуває необхідність у рухомих частинах або складних охолоджувальних рідинах.
«Для виробництва матеріалів CHESS ми використовували метод металоорганічного хімічного осадження з парової фази (MOCVD) - метод, добре відомий своєю масштабованістю, економічністю і здатністю підтримувати багатосерійне виробництво», - каже Джон Пірс (Jon Pierce), старший інженер-дослідник, який очолює в APL підрозділ MOCVD-технологій. «MOCVD вже широко використовується в комерційних цілях, що робить його ідеальним для розширення масштабів виробництва тонкоплівкових термоелектричних матеріалів CHESS».
Потім дослідники порівняли холодильні модулі, що використовують традиційні об'ємні термоелектричні матеріали, з модулями, що використовують тонкоплівкові матеріали CHESS, у стандартних холодильних випробуваннях, вимірюючи та порівнюючи електричну потужність, необхідну для досягнення різних рівнів охолодження в одних і тих самих випробувальних системах комерційних холодильників.
Команда фахівців з холодильного обладнання з Samsung Electronics, очолювана інженером з матеріалів Сунджином Джунгом (Sungjin Jung), співпрацювала з APL для підтвердження результатів за допомогою детального теплового моделювання, кількісного визначення теплових навантажень і параметрів теплового опору для забезпечення точної оцінки продуктивності в реальних умовах.
Використовуючи матеріали CHESS, команда APL домоглася майже 100-відсоткового підвищення ефективності порівняно з традиційними термоелектричними матеріалами за кімнатної температури. Це означає майже 75-відсоткове підвищення ефективності на рівні пристроїв у термоелектричних модулях і 70-відсоткове підвищення ефективності в повністю інтегрованій холодильній системі.
«Ця тонкоплівкова технологія має потенціал для розвитку від живлення невеликих холодильних систем до підтримки великих додатків HVAC у будівлях, подібно до того, як літій-іонні батареї були масштабовані для живлення таких маленьких пристроїв, як мобільні телефони, і таких великих, як електромобілі», - підкреслив Венкатасубраманіан.
Ці матеріали та пристрої продовжують демонструвати перспективність для широкого спектра додатків зі збору енергії та електроніки на додаток до нещодавніх досягнень у галузі охолодження. APL планує і далі співпрацювати з організаціями для вдосконалення термоелектричних матеріалів CHESS з упором на підвищення ефективності до рівня, близького до ефективності звичайних механічних систем. Майбутні зусилля передбачають демонстрацію великомасштабних холодильних систем, включно з морозильними камерами, та інтеграцію методів, заснованих на штучному інтелекті, для оптимізації енергоефективності під час камерного або розподіленого охолодження в холодильному обладнанні та обладнанні HVAC.
«Крім охолодження, матеріали CHESS також здатні перетворювати різницю температур, наприклад, тепло тіла, в корисну енергію», - зазначив Джефф Маранчі (Jeff Maranchi), керівник програми Exploration Program Area в APL Research and Exploratory Development Mission Area. «Крім розвитку тактильних систем нового покоління, протезів і людино-машинних інтерфейсів, це відкриває двері для масштабованих технологій збору енергії для різних застосунків, від комп'ютерів до космічних кораблів - можливості охолодження, які були недосяжні при використанні старих громіздких термоелектричних пристроїв».
«Успіх цього спільного проєкту демонструє, що високоефективне твердотіле охолодження не тільки науково обґрунтоване, а й може бути реалізоване в промислових масштабах», - заявила Сюзан Ерліх (Susan Ehrlich), менеджер з комерціалізації технологій APL. «Ми з нетерпінням чекаємо на продовження досліджень і можливостей передання технологій компаніям, оскільки ми прагнемо втілити ці інновації в практичні, реальні додатки».
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
