Uuden UCLA:n kehittämän jäähdytyslaitteen koostuu kuudesta ohuesta polymeerikalvosta, jotka on päällystetty nanotubeilla.
Luotto: UCLA:n pehmeiden materiaalien tutkimuslaboratorio
Tämän teknologian ydin perustuu ferroelektrisiin polymeerikalvoihin, jotka sähköisen kentän vaikutuksesta muuttavat sekä lämpötilaa (elektrokalorinen vaikutus) että muotoa (elektrostriktio). Tämä prosessi, joka vuorottelee puristuksen ja laajenemisen välillä, mahdollistaa jatkuvan lämmön pumppaamisen. Toisin kuin perinteiset ilmastointijärjestelmät, tämä laite ei vaadi kylmäaineita, mikä vähentää sen ympäristövaikutuksia.
Tutkimusryhmää johtaa Qibing Pei, UCLA:n materiaalitieteen professori, joka on suunnitellut polymeerikalvojen kaskadin maksimoidakseen lämmönsiirron tehokkuuden. Tämä arkkitehtuuri mahdollistaa 14,2 °C lämpötilaeron saavuttamisen.
Tutkimusryhmä harkitsee erilaisia sovelluksia tälle teknologialle, erityisesti kannettavien jäähdytyslaitteiden alalla. Nämä laitteet voisivat tarjota energiatehokkaan ratkaisun korkeille lämpötiloille altistuneille työntekijöille.
Tämän laitteen etuja ovat sen yksinkertaisuus, energiatehokkuus ja mahdollisuus integroida se kannettaviin järjestelmiin. Tutkijat korostavat vaihtoehtoisten jäähdytysteknologioiden kehittämisen tärkeyttä maailmanlaajuisten lämpötilojen noustessa.
Laitetta on testattu laboratoriossa, ja se on osoittanut kykynsä ylläpitää jatkuvaa jäähdytystä. Näiden kokeiden tulokset on julkaistu Science-lehdessä, mikä merkitsee tärkeää askelta kohti käytännön sovelluksia.
Lisäksi tämän laitteen mahdollisissa sovelluksissa kannettavissa teknologioissa se voisi myös jäähdyttää joustavia elektronisia komponentteja. Tutkijat työskentelevät parhaillaan tämän teknologian optimoinnin parissa laajamittaista käyttöä varten.
Mitkä ovat elektrokalorisen vaikutuksen periaatteet?
Elektrokalorinen vaikutus on fysikaalinen ilmiö, jossa materiaali muuttuu lämpötilaltaan sovelletun sähköisen kentän vaikutuksesta. Tämä muutos johtuu materiaalin sähködipolien uudelleen suuntautumisesta, mikä muuttaa sen entropiaa ja siten myös sen lämpötilaa.Jäähdytyslaitteiden yhteydessä elektrokalorinen vaikutus mahdollistaa lämmön pumppaamisen yhdestä alueesta toiseen ilman kylmäaineiden käyttöä. Tämä tekee jäähdytysjärjestelmistä ympäristöystävällisempiä ja mahdollisesti tehokkaampia.
Elektrokaloriset materiaalit ovat erityisen lupaavia kannettavissa sovelluksissa niiden joustavuuden ja alhaisen energiankulutuksen vuoksi.
Tutkimus elektrokalorisesta vaikutuksesta avaa uusia mahdollisuuksia vaihtoehtoisten jäähdytysteknologioiden kehittämiseen, mikä on olennaista ilmaston lämpenemisen kontekstissa.
Kuinka ferroelektriset polymeerit toimivat tässä laitteessa?
Ferroelektriset polymeerit ovat materiaaleja, jotka muuttavat lämpötilaa ja muotoaan sähköisen kentän vaikutuksesta. UCLA:n jäähdytyslaitteessa nämä polymeerit on järjestetty ohuiksi kerroksiksi, joista jokainen on päällystetty hiilinanoputkilla sähköisen johtavuuden parantamiseksi.Kun sähköinen kenttä sovelletaan, polymeerikerrokset puristuvat (elektrostriktio) ja vapauttavat lämpöä (elektrokalorinen vaikutus). Kun sähköinen kenttä poistetaan, kerrokset rentoutuvat ja imevät lämpöä ympäristöstä. Tämä puristus- ja laajennusjakso mahdollistaa jatkuvan lämmönsiirron.
Tämä toimintamekanismi, joka muistuttaa haitaria, on sekä yksinkertainen että tehokas. Se mahdollistaa laitteen toimimisen ilman monimutkaisia liikkuvia osia, mikä vähentää vikaantumisriskiä ja huoltotarvetta.
Ferroelektristen polymeerien käyttö jäähdytyslaitteissa merkitsee merkittävää edistystä älykkäiden materiaalien alalla, tarjoten innovatiivisia ratkaisuja lämpöhallintaan.