Тонкопленочный холодильник достиг рекордной эффективности

В последнее время ученые проводят активные исследования охлаждающих свойств тонких пленок. Цель проводимых экспериментов — сокращение экологически опасных химических соединений типа хлорфторуглеродов в охлаждающих устройствах и разработка более эффективных методов охлаждения. К альтернативным охлаждающим устройствам относятся магнитные холодильные устройства и электрокалорические материалы. Поиск таких материалов активно велся в 1960-х и 1970-х годах, но до коммерческого использования дело не дошло, поскольку электрокалорический эффект в изучаемых материалах был слишком мал — всего лишь 2,5^oC при напряжении 750 В.

Доктор Алекс Мищенко (Alex Mischenko) и его коллеги из Кембриджского университета в ходе проведенных исследований установили, что адиабатическое охлаждение тонких пленок из перовскита толщиной 350 нм происходит в 100 раз эффективнее, чем у любого другого из известных материалов этого типа, сообщает PhysicsWeb.

Тонкие пленки охлаждаются, когда снимается приложенное к ним электрическое поле, — это явление носит название электрокалорического эффекта. Перовскит представляет собой окись, содержащую свинец, цирконий и титан (PZT). Измеряя поляризацию электромагнитной волны в тонких пленках из перовскита при различных температурах, ученые установили, что материал остывает на 12^oC при снятии приложенного напряжения в 25 В (электрическое поле — 776 кВ/см), т.е. эффективность охлаждения составляет 0,48 К/В. Это означает, что перовскитные пленки охлаждаются примерно в 100 раз лучше, чем другие известные материалы. Ученые назвали электрокалорический эффект перовскитных пленок «гигантским».

Эффект наиболее выражен при температуре 222^oC, что в настоящее время исключает его практическое применение. Однако ученые планируют усовершенствовать технологию и в недалеком будущем уже использовать тонкие электрокалорические пленки в качестве охлаждающих материалов в компьютерных микросхемах и в биотехнологических системах — в частности, в сенсорах и микроэлектромеханических и инфракрасных системах формирования изображений. Новая технология охлаждения может также найти применение в автомобильной и космической промышленности, в кондиционерах и бытовых холодильных устройствах.

В настоящее время авторы исследования работают над снижением рабочей температуры PZT-пленок с 222^oC до комнатной температуры путем введения различных примесей, а также ведут поиск новых электрокалорических материалов, не содержащих свинец.