Учёные из Германии и Японии показали систему охлаждения, которая использует тепло самого объекта для запуска собственного холодильного цикла. В перспективе такой подход может пригодиться для процессоров и другой электроники, где значительная часть энергии сегодня уходит на отвод тепла.

Пока речь идёт только о лабораторном прототипе. Его мощности недостаточно для современного CPU или GPU, но сам принцип уже работает.

Вместо компрессора используются две металлические плёнки

Система построена на двух сверхтонких слоях специальных сплавов.

Первая плёнка толщиной 22 мкм изготовлена из никелида титана. При нагревании материал стремится вернуться к первоначальной форме и сжимается.

Это движение растягивает вторую плёнку толщиной 26,5 мкм из сплава титана, никеля и железа.

В ней происходит обратимый фазовый переход. После снятия механической нагрузки материал поглощает тепло и охлаждается.

Получается своеобразный твёрдотельный холодильник без обычного компрессора и жидкого хладагента.

Тепло само приводит систему в движение

Главная особенность разработки заключается в приводе.

В обычной эластокалорической системе материал необходимо постоянно растягивать и отпускать с помощью отдельного электромеханического механизма.

Здесь роль такого двигателя выполняет первая термочувствительная плёнка.

При нагреве до 86 °C прототип позволил получить на охлаждающем элементе изменение температуры на 12,9 К, а постоянная разница между горячей и холодной сторонами достигла 4 К.

Когда вместо электрического нагрева использовали внешний источник температурой 130 °C, удалось получить охлаждение на 2,2 К.

До охлаждения процессоров ещё далеко

Самая важная оговорка — мощность.

При отсутствии перепада температуры прототип обеспечивает всего около 2,09 мВт охлаждения. Для процессоров, которые выделяют десятки или сотни ватт тепла, этого недостаточно на несколько порядков.

Система также пока срабатывает сравнительно медленно, а нагрев необходимо организовать циклически.

Исследователи хотят соединять несколько плёнок параллельно, увеличивать количество активного материала и улучшать теплопередачу.

В перспективе тепло перестанет быть только проблемой

Современные дата-центры расходуют огромное количество энергии не только на вычисления, но и на кондиционирование и жидкостное охлаждение.

Новая технология предлагает использовать часть выбрасываемого процессором тепла для запуска процесса его же охлаждения.

Получить полностью автономный «самоохлаждающийся чип» пока не удалось, но лабораторный эксперимент доказывает, что подобный цикл физически возможен.

Если мощность удастся увеличить в тысячи раз и сохранить долговечность тонких плёнок, технология сможет дополнить традиционные системы охлаждения там, где сегодня тепло просто рассеивается в окружающую среду.