新型材料“CHESS”極大提升了熱電制冷設(shè)備的效率
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-09-17 14:41:39
美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）的科學(xué)家最新研發(fā)出一種名為“CHESS”的新型材料，極大提升了熱電制冷設(shè)備的效率。這一突破幾乎將傳統(tǒng)材料在室溫下的性能提升了一倍，有望推動(dòng)更高效、更節(jié)能的冷卻系統(tǒng)發(fā)展，為今后的能源節(jié)約提供新途徑。
應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)出名為CHESS的新型材料，可顯著提升熱電制冷裝置的效率。這項(xiàng)突破性成果使材料在室溫下的性能幾乎達(dá)到傳統(tǒng)材料的兩倍，有望催生更高效的制冷系統(tǒng)和節(jié)能技術(shù)。圖片來源：約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室/埃德·惠特曼 據(jù)悉，APL 的 CHESS 薄膜制冷系統(tǒng)不僅制造工藝簡(jiǎn)單，而且效率是傳統(tǒng)大宗熱電材料設(shè)備的兩倍。隨著全球?qū)o湊、可靠且高能效冷卻技術(shù)需求的不斷增長(zhǎng)，這項(xiàng)研發(fā)成果為取代傳統(tǒng)壓縮機(jī)制冷提供了有前景的替代選擇。 在最新發(fā)表的研究中，APL 的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合三星研究所的制冷工程專家，通過高性能納米工程熱電材料“分級(jí)超晶格結(jié)構(gòu)（CHESS）”，顯著提升了制冷效率和冷卻能力。該平臺(tái)是APL在高端納米工程熱電材料及其應(yīng)用領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)十年研究的結(jié)晶。最初“CHESS”材料為國(guó)家安全需求開發(fā)，此后拓展至假體非侵入式冷卻等領(lǐng)域，并于2023年獲得R&D 100大獎(jiǎng)。 
對(duì)基于CHESS技術(shù)的熱電裝置進(jìn)行測(cè)試及冰層堆積的近距離觀察。該測(cè)試系統(tǒng)有助于評(píng)估新型材料將電能轉(zhuǎn)化為制冷能的效率，為更高效的制冷與能量收集技術(shù)鋪平道路。圖片來源：約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室/埃德·惠特曼 研究人員在實(shí)驗(yàn)中，將由傳統(tǒng)熱電材料和CHESS薄膜材料組成的制冷模塊進(jìn)行對(duì)比，并在商業(yè)冰箱測(cè)試系統(tǒng)中測(cè)量不同冷卻水平下的電力消耗。結(jié)果顯示，APL 團(tuán)隊(duì)利用 CHESS 材料，在室溫下效率幾乎提升了100%；在設(shè)備層面，采用此材料的熱電模塊效率提升約75%；而集成于整個(gè)制冷系統(tǒng)中的效率提升則高達(dá)70%。這些都有力證明了該技術(shù)在高強(qiáng)度熱泵工況下的巨大應(yīng)用潛力。 除了效率提升外，CHESS 薄膜技術(shù)所需材料極少——每臺(tái)制冷單元僅需0.003立方厘米，大致相當(dāng)于一粒沙。如此小的用量，使得這種熱電材料可通過半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)大規(guī)模量產(chǎn)，顯著降低成本并推動(dòng)市場(chǎng)普及。 
內(nèi)森·費(fèi)爾班克斯、喬恩·皮爾斯和拉瑪·文卡塔蘇布拉馬尼安（從左至右）正在分析金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）實(shí)驗(yàn)室制備的薄膜。圖片來源：約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室/埃德·惠特曼 同時(shí)，這一材料采用廣泛應(yīng)用于高效衛(wèi)星太陽能電池及LED照明的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）工藝生產(chǎn)。正因其具備擴(kuò)展性與高效量產(chǎn)能力，未來有望像鋰離子電池一樣，應(yīng)用于從小型制冷裝置到大型樓宇空調(diào)系統(tǒng)等各種領(lǐng)域。 
約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究工程師喬恩·皮爾斯正在檢查一片采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的薄膜。該技術(shù)以其可擴(kuò)展性、成本效益及支持大規(guī)模生產(chǎn)的能力而聞名。圖片來源：約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室/克雷格·韋曼 APL 還透露，CHESS 材料不僅可用于高效制冷，還具備將溫差（如人體熱量）轉(zhuǎn)化為電能的功能。未來，這一成果有望推動(dòng)新一代觸覺系統(tǒng)、假體及人機(jī)接口的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)到航天器等多領(lǐng)域、可擴(kuò)展的能源收集技術(shù)。 APL 技術(shù)商業(yè)化負(fù)責(zé)人 Susan Ehrlich 表示：“本次合作不僅證明了高效固態(tài)制冷的科學(xué)可行性，更展現(xiàn)了可規(guī)模化量產(chǎn)的巨大潛力。未來我們期待與更多企業(yè)合作，將這些創(chuàng)新技術(shù)推廣到實(shí)際應(yīng)用中。” 編譯自/ScitechDaily |
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