Исследователи из Karlsruhe Institute of Technology (KIT) и University of Tsukuba в Японии разработали теплоприводную эластокалорическую систему охлаждения, в которой используются две сверхтонкие никель-титановые пленки с памятью формы. Прототип преобразует тепловую энергию в механическую работу, а затем в холод, предлагая способ использования таких источников тепла, как сбросное тепло и солнечная энергия, для твердотельного охлаждения. Результаты опубликованы в журнале Nature Energy.
Система объединяет пленки с взаимодополняющими функциями. При нагреве первая пленка сжимается благодаря эффекту памяти формы и генерирует механическую работу без электрического двигателя. Это движение нагружает и разгружает вторую пленку, в которой обратимые изменения кристаллической структуры создают эластокалорический эффект охлаждения.
В прототипе используется исполнительная пленка TiNi толщиной 22 мкм и сверхэластичная «хладагентная» пленка TiNiFe толщиной 26,5 мкм. При активации за счет нагрева током Джоуля и средней пиковой температуре исполнительной пленки 86 °C интегрированное устройство обеспечило перепад температур 4,0 K, тогда как пленка-хладагент достигла 12,9 K. Холодопроизводительность при нулевом температурном подъеме составила 2,79 мВт, что соответствует удельной холодопроизводительности 4,43 Вт·г−1.
Исследователи также продемонстрировали работу с использованием внешнего твердого источника тепла при температуре 130 °C. В этой конфигурации устройство обеспечило установившийся перепад температур 2,2 K и холодопроизводительность 2,09 мВт, что соответствует 3,32 Вт·г−1. Сейчас исследователи работают над параллельным соединением нескольких пленок для увеличения холодопроизводительности; среди потенциальных областей применения — процессоры и автомобильная электроника.
«Ключевая инновация заключается в том, что мы объединяем две взаимодополняющие функции сплавов с памятью формы: одна пленка преобразует тепло в механическую работу, а другая — эту работу в холод», — сказал д-р Jingyuan Xu, возглавляющий Young Investigator Group лаборатории ZEco Thermal Lab в Institute of Microstructure Technology при KIT. «Таким образом, мы формируем новый подход к приводу твердотельного охлаждения, открывая тем самым многообещающие возможности для использования сбросного тепла и солнечной энергии».
Источник Refindustry: KIT and University of Tsukuba develop heat-driven elastocaloric cooling
