Создан самый маленький «холодильник» в мире
Термоэлектрические устройства состоят из пары полупроводников, помещенных между металлизированными пластинами, и работают, используя разницу температур между двумя сторонами для производства электричества. Космический корабль NASA «Вояджер» применяет этот принцип для питания своих научных приборов, в которых используются термоэлектрические устройства, необходимые для генерирования тепла плутонием и питания всей системы.
В поисках более повседневных приложений данной методики ученые экспериментируют с технологией в надежде разработать целый ряд полезных устройств. Среди них, к примеру, браслеты, подзаряжающие умные часы, или термоэлектрическая краска, которая генерирует электричество практически из любого источника тепла.
Авторы нового исследования пытаются использовать термоэлектрический принцип несколько иначе. Помимо выработки электроэнергии, эти устройства могут работать и в обратном направлении. Когда к устройству подается электрический ток, одна сторона становится горячей, а другая — холодной, что позволяет ему работать в качестве термоэлектрической системы охлаждения.
Крошечный охладитель, разработанный командой UCLA, состоит из двух полупроводниковых материалов: теллурида висмута и теллурида сурьмы-висмута. Наклеив на материалы обычный скотч, а затем отлепив его, ученые смогли получить монокристаллические чешуйки, которые они использовали для создания термоэлектрических устройств толщиной всего 100 нанометров (около одной десятимиллионной метра).
Можно увидеть, как в месте наложения двух полупроводниковых материалов крошечного устройства образуется капля (зеленая), что свидетельствует о его охлаждающем эффекте:
«Мы побили рекорд самого маленького термоэлектрического холодильника в мире более чем в десять тысяч раз», — заявляет Синь И Лин, один из авторов статьи.
Но крохотный «холодильник» — это не просто изобретение ради доказательства гипотезы. К преимуществам термоэлектрических охлаждающих устройств можно отнести их надежность из-за отсутствия движущихся частей и компактные размеры. Однако в настоящее время они не вырабатывают достаточно электроэнергии и не поддерживают температуру в холодильнике, чтобы их можно было использовать в более крупных масштабах.
Изучая это явление в наномасштабе, ученые надеются лучше понять действующую физику, а затем применить полученные уроки к разработке более крупных устройств. Одна уловка, которую они захотят позаимствовать у своего крошечного холодильника, — это его уникальная способность производить охлаждающий эффект почти мгновенно.