Тепло вместо мотора: создан твердотельный охладитель на сплавах с памятью формы
Прототип исследователей из Германии и Японии использует нагрев для привода эластокалорического охлаждения. Пока это лабораторная установка мощностью в милливатты, но её можно задействовать с внешним источником тепла.
Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Университета Цукубы продемонстрировали твердотельную систему охлаждения, в которой механический привод заменён сплавом с памятью формы. Он сокращается при нагреве и растягивает второй сплав, работающий как хладагент в эластокалорическом цикле.
Установка состоит из двух очень тонких металлических плёнок. Плёнка из титан-никелевого сплава TiNi толщиной 22 мкм служит тепловым приводом: при нагреве она возвращает исходную форму и сокращается. Это движение нагружает плёнку TiNiFe толщиной 26,5 мкм. При её растяжении и последующем высвобождении происходит обратимый фазовый переход: материал сначала выделяет тепло, а затем поглощает его и охлаждается.
В испытаниях с джоулевым нагревом привода до 86 °C разность температур между горячей и холодной сторонами собранного устройства достигла 4,0 K. Разность между наиболее горячим и наиболее холодным состояниями самой охлаждающей плёнки составила 12,9 K. После 20 циклов устройство вышло на устойчивый перепад в 4,0 K; удельная охлаждающая мощность достигла 4,43 Вт на грамм.
Авторы также заменили резистивный нагрев внешним источником тепла с температурой 130 °C. В таком режиме прототип сохранил перепад температур 2,2 K и обеспечил 3,32 Вт на грамм. Этот опыт показывает, что охлаждающий цикл можно приводить в действие не мотором, а внешним теплом.
До практического охлаждения процессоров или серверных стоек технологии далеко. При нулевом перепаде температур прототип выдавал лишь 2,09 мВт охлаждающей мощности — несопоставимо с тепловыделением современных процессоров и тем более ИИ-ускорителей. Тем не менее принципиальная возможность использовать внешний тепловой источник для такого цикла может быть полезна там, где доступно сбросное тепло, в том числе в дата-центрах.
Большинство традиционных холодильных и кондиционерных систем используют парокомпрессионный цикл с электрическим компрессором и хладагентом. В новой схеме роль рабочего вещества выполняет твёрдый сплав, а необходимое для цикла растяжение создаёт другой сплав с памятью формы.