Альтернативные термоэлектрические технологии
В качестве альтернативы системам с полупроводниковыми модулями ряд исследовательских коллективов рассматривает возможности использования калорического эффекта в самых разных вариантах его проявления, а также пути реализации его в перспективных компактных изделиях.
Необходимо отметить, что частным случаем калорического эффекта является магнитокалорический эффект — изменение температуры магнитных веществ в условиях изменения внешнего магнитного поля. В частности, удается заметно снижать температуру некоторых материалов при помещении их в сильные магнитные поля. Одним из таких материалов является хорошо известное среди исследователей соединение Mn3SnC, которое, кстати, относится к классу перовскитов — чрезвычайно перспективных материалов для многих направлений науки и техники.
К сожалению, необходимость использования полей с напряженностью 2 Тл и выше существенно ограничивает области использования подобных решений. В первую очередь это связано с тем, что столь сильное магнитное поле требует очень дорогих и весьма громоздких магнитов. Реализовать их в компактных изделиях в настоящее время технически трудно и экономически нецелесообразно. Действительно, генерация мощных магнитных полей требует значительных затрат энергии. Кроме того, такие поля часто плохо совместимы со многими электронными компонентами, нарушая их корректную работу.
Еще одним вариантом калорического эффекта является электрокалорический эффект — заметное изменение температуры веществ под воздействием сильных электрических полей. Эффект наблюдается в целом ряде сегнетоэлектрических материалов, в том числе полимерных. Из наиболее популярных среди исследователей, как и в предыдущем варианте, являются минералы со структурой типа перовскита.
А недавно ученые из Китая показали, что приложение соответствующего напряжения к специально сконструированному композитному материалу с помощью электрического поля вызывает большой и обратимый калорический эффект. Это достигается за счет объединения слоя Mn3SnC с пьезоэлектрическим слоем титаната цирконата свинца (PZT). Необходимо отметить, что до конца данное явление еще не изучено и поэтому не объяснено должным образом. Однако исследователи полагают, что изменение температуры вызвано искажением структуры основного материала пьезоэлектрическим слоем.
Новый способ усиления теплового эффекта без использования сильных полей может открыть новые возможности твердотельного охлаждения и в итоге привести к созданию более энергоэффективных и легких, а в перспективе и менее дорогих холодильников для разных сфер применения. Но всё это уже темы совсем других статей. Запасемся терпением и будем пристально следить за результатами исследований. Без сомнения, будет интересно!
Опубликовано 16.02.2023
