Valo voisi ajaa jäähdytyssykliä ferrosähköisissä materiaaleissa

23.10.2024

Katalania-Valo-voisi-ajaa-jaahdytyssyklia-ferrosahkoisissa-materiaaleissa-300-t.jpgKiintoaineinen jäähdytys on energiatehokas ja ympäristöystävällinen vaihtoehto perinteisille jäähdytysteknologioille, jotka perustuvat termodynaamisiin kasvihuonekaasuja sisältäviin kiertoihin.

Perinteisillä kaloritehosteilla on kuitenkin useita haasteita, jotka estävät niiden käytännön soveltamisen kylmälaitteissa.

Katalonian ammattikorkeakoulun tutkijat osoittava, että valon aiheuttamilla faasisiirtymillä polaarioksidiperovskiiteissa on potentiaalia voittaa tällaiset rajoitukset.

Claudio Cazorla ja hänen työtoverinsa ovat käyttäneet sarjaa numeerisia menetelmiä löytääkseen arkkityyppisen ferrosähköisen materiaalin, kaliumniobaatin (KNO), olevan myös fotokalorinen vaikutus: UV-säteilyn vaikutuksesta KNO absorboi palautuvasti lämpöä.

Koska vaikutus on suuri ja toimii laajalla lämpötila-alueella, myös huoneenlämpötilassa, kaliumniobaatti voisi toimia uusien jäähdytyslaitteiden työväliaineena.

Kaliumniobaatti on velkaa ferrosähköisistä ja fotokalorisista vaikutuksistaan perovskiittikiderakenteesta, jossa on niobiumioni, jota ympäröi oktaederinen happi-ionien häkki. Alhaisissa lämpötiloissa niobiumioni siirtyy häkin keskustasta, mikä saa aikaan sähköisen polarisaation (ferrosähköisen ilmiön). Yli 700 K:n lämpötilassa kaliumniobaatti käyttää ei-polaarista konfiguraatiota vakaimpana vaiheena.

Cazorla ja hänen työtoverinsa ymmärsivät, että ei-polaarinen faasi on myös vakain alemmissa lämpötiloissa, jos kaliumniobaattia valaistaanUV-fotoneilla, jotka pystyvät avittamaan elektroneja johtavuuskaistalle. Tällaiselle valolle altistettuna kaliumniobaatin pitäisi absorboida lämpöä matalan lämpötilan ympäristöstä (lämmön määrä liittyy korkean lämpötilan vaiheen lämpöenergiaan). Valon sammuttua kaliumniobaatin tulisi relaksoitua polaariseen tilaansa ja vuodattaa lämpöä.

Kaloripitoisten materiaalien ansioluku on isoterminen entropian muutos ΔS, joka mittaa kuinka paljon lämpöä voidaan ottaa pois tietyssä lämpötilassa. Cazorla ja hänen työtoverinsa laskivat kaliumniobaatin ΔS on 100 JK -1 kg -1, mikä on verrattavissa muihin kiintoainejäähdytyksessä harkittaviin materiaaleihin.

Kaliumniobaatin erityinen mahdollinen etu on, että sen fotokalorisen vaikutuksen arvioidaan jatkuvan käyttökelpoisella alueella -73 – +126 °C. Siis vaikkapa kiintoainerakenteinen jääkaapin jäähdytysmekaniikka.

Tutkijat odottavat näiden havaintojen olevan yleistettävissä muihin materiaaleihin, jotka osoittavat samanlaista polaarista käyttäytymistä.

Aiheesta aiemmin:

Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille

Käännetään ledi jäähdyttäjäksi

Magneettista jäähdytystä

02.11.2024Kohti ympäristökestävämpiä akkuratkaisuja
01.11.2024XOR valolla ja yksittäisen transistorin neuronissa
31.10.2024Nesteen kaltaiset elektronit avaavat uusia teknisiä mahdollisuuksia
30.10.2024Uusi lämmönsiirtomateriaali voi viilentää energiasyöppöjä datakeskuksia
29.10.2024Kirigamista mallia langattomien antenneille
28.10.2024Orbitroniikka: uusi energiatehokas tekniikka
26.10.2024Maataloustuotanto sähköistyy ja siirtyy tehdashalleihin
25.10.2024Ennätyksiä rikkovia laserpulsseja
24.10.2024Magneettiset oktupolit voittavat antiferromagneettisia ongelmia
23.10.2024Valo voisi ajaa jäähdytyssykliä ferrosähköisissä materiaaleissa

Siirry arkistoon »