Технология CHESS удваивает эффективность охлаждения: прорыв от APL и Samsung

Инженеры Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL) представили технологию, способную кардинально изменить подход к охлаждению — от бытовых холодильников до промышленных систем HVAC. Разработка под названием CHESS (controlled hierarchically engineered superlattice structures), основанная на наноструктурированных термоэлектрических материалах, демонстрирует почти двукратное повышение эффективности по сравнению с существующими системами.

Технология создавалась в рамках многолетних исследований и первоначально была ориентирована на нужды национальной безопасности. Однако её потенциал оказался значительно шире. В 2023 году CHESS получила премию R&D 100 за применение в охлаждении протезов без жидкостей и хладагента. В мае текущего года результаты испытаний, проведённых совместно с Samsung, были опубликованы в Nature Communications.

Джон Пирс, старший инженер-исследователь в APL, изучает плёнку, выращенную с помощью химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений — метода, известного своей масштабируемостью, экономической эффективностью и способностью поддерживать крупносерийное производство.
Источник: Johns Hopkins APL / Craig Weiman

По данным экспериментов, проведённых при реальных тепловых нагрузках, эффективность холодильных устройств на базе CHESS выросла почти на 75%, а в полностью интегрированной системе — на 70% по сравнению с традиционными аналогами. При этом технология требует минимального объёма материала — всего 0,003 кубических сантиметра на один узел охлаждения. Это делает возможным производство с использованием существующих производственных мощностей полупроводниковой отрасли.

Главный исследователь проекта, Рама Венкатасубраманиан, подчёркивает: технология легко масштабируется — от миниатюрных решений до систем охлаждения зданий. Производственный процесс также хорошо известен: используется метод металлоорганического химического осаждения из газовой фазы (MOCVD), применяемый, например, при изготовлении светодиодов и солнечных батарей.

В ближайших планах APL — расширение спектра применения технологии: от морозильных камер до систем с ИИ-управлением, способных динамически перераспределять нагрузку. Кроме того, CHESS рассматривается как потенциальная основа для энергоэффективных интерфейсов «человек-машина», энергосбора и высокоточных медицинских устройств.