Исследователи из Кембриджского университета определили перспективную замену токсичным и легковоспламеняющимся парниковым газам, которые используются в большинстве холодильников и кондиционеров..
Устройство основано на слоях материала, состоящего из кислорода и трех металлических элементов, известных как PST, и демонстрирует самые сильные электрокалорические эффекты - изменения температуры при приложении электрического поля - которые наблюдаются в достаточно большом теле. для охлаждения.
Результаты, опубликованные в журнале Nature, могут быть использованы при разработке высокоэффективных полупроводниковых холодильников и кондиционеров без громоздких и дорогих магнитов.
Сталкиваясь с такой серьезной проблемой, как изменение климата и сокращение выбросов углерода до нуля, мы, как правило, сосредотачиваемся на том, как мы генерируем энергию - и это правильно, - но очень важно, чтобы мы также учитывали потребление энергия», - сказал соавтор доктор Ксавье Мойя из Кембриджского факультета материаловедения и металлургии.
Охлаждение и кондиционирование воздуха в настоящее время потребляют пятую часть всей энергии, производимой в мире, и, поскольку глобальная температура продолжает расти, спрос будет только расти. Кроме того, газы, используемые в настоящее время в подавляющем большинстве холодильников и кондиционеров, являются токсичными, легковоспламеняющимися парниковыми газами, которые только усугубляют проблему глобального потепления, когда они попадают в воздух.
Исследователи пытались улучшить технологию охлаждения, заменив эти газы твердыми магнитными материалами, такими как гадолиний. Однако на сегодняшний день характеристики прототипов устройств ограничены, поскольку тепловые изменения обусловлены ограниченными магнитными полями от постоянных магнитов.
В исследовании, опубликованном ранее в этом году, та же команда под руководством Кембриджа определила недорогое, широко доступное твердое вещество, которое могло бы конкурировать с обычными охлаждающими жидкостями при воздействии давления. Тем не менее, разработка этого материала для систем охлаждения потребует большого количества новых проектных работ, над которыми работает команда из Кембриджа.
В текущей работе тепловые изменения управляются напряжением. «Использование напряжения вместо давления для управления охлаждением проще с инженерной точки зрения и позволяет перепрофилировать существующие принципы проектирования без использования магнитов», - сказал Мойя..
Кембриджские исследователи, работая с коллегами в Коста-Рике и Японии, использовали высококачественные слои PST с металлическими электродами, зажатыми между ними. Это сделало PST способным выдерживать гораздо большие напряжения и обеспечивать гораздо лучшее охлаждение в гораздо большем диапазоне температур.
«Замена сердца прототипа магнитного холодильника материалом, который работает лучше и не требует постоянных магнитов, может изменить правила игры для тех, кто в настоящее время пытается улучшить технологию охлаждения», - сказал соавтор профессор Нил Матур..
В будущем команда будет использовать микроскопию высокого разрешения для исследования микроструктуры PST и ее дальнейшей оптимизации для применения еще более высоких напряжений.