Учёные придумали электромагнитный кулер на калорическом эффекте — им можно заменить элементы Пельтье

Исследователи из Китая создали систему твердотельного охлаждения на необычном принципе. Вместо малоэффективных, но привычных элементов Пельтье они смогли охладить твёрдое тело с помощью приложенного к нему электрического поля. Переход на новый принцип охлаждения поможет сократить гигантские расходы на охлаждение во всём мире, на которые сегодня уходит целых 20 % от вырабатываемой в мире электроэнергии.

Источник изображения: Pixabay

Строго говоря, метод охлаждения с помощью помещения твёрдого тела в магнитное поле изобретён не сегодня. Учёные давно открыли так называемый калорический эффект, частным случаем которого является снижение температуры определённых материалов при помещении в сильное магнитное поле. Главных проблем в этом случае две: необходимость очень сильных полей от 2 Тл и выше, а также трудность в поиске материалов, которые бы эффективно охлаждались при комнатной температуре.

Одним из перспективных материалов с проявлением калорического эффекта считается соединение Mn₃SnC, которое, кстати, относится к классу минералов перовскитов. К сожалению, значительный калорический эффект материал проявляет лишь при воздействии магнитного поля с магнитной индукцией более 2 Тл. Технология работает, но с учётом необходимости мощных постоянных магнитов в составе холодильной установки остаётся непрактичной. Китайские исследователи изящно обошли этот момент, обеспечив необходимое давление на структуру Mn₃SnC (деформацию) с помощью электрического, а не магнитного поля и не напрямую, а опосредовано.

Команда из Шанхайского технологического университета, Шанхайского института микросистем и информационных технологий, Университета Китайской академии наук и Пекинского университета Цзяотун устранила необходимость в магнитах, объединив слой Mn₃SnC с пьезоэлектрическим слоем титаната цирконата свинца (PZT). Пьезоэлектрический компонент легко отзывается на довольно слабые электрические поля, но эффект механически соединённого с ним слоя Mn3SnC оказывается сравним с воздействием на материал магнитного поля с индукцией свыше 3 Тл. Пьезоэлектрический элемент деформируется сам и вызывает деформацию механически связанного с ним слоя Mn₃SnC (в эксперименте он растягивал его), который начинает остывать и охлаждать систему.

Слева конструкция установки, по центру изменение температуры тела под воздействием магнитного поля, а справа — изменение температуры при деформации тела (растяжении). Источник изображения: Acta Materialia

В перспективе твёрдый хладагент может заменить не только элементы Пельтье, широко применяемые в системах охлаждения электроники в аэрокосмической отрасли и не только, но также может вытеснить традиционное энергоёмкое парокомпрессионное охлаждение в холодильниках и кондиционерах. Учёные пока далеки от практических рекомендаций, но намерены двигаться по пути «озеленения» холодильной отрасли. Данные об исследовании, добавим, опубликованы в журнале Acta Materialia.