Kalahkan Panas: Perangkat pendingin baru UCLA menjatuhkan suhu sebesar 16 derajat terus menerus

Perangkat yang terbuat dari film tipis polimer menunjukkan janji untuk digunakan dalam aplikasi yang dapat dipakai dan portabel.

UCLA Ilmuwan bahan telah menciptakan perangkat pendingin kompak yang terus -menerus menghilangkan panas menggunakan lapisan film tipis yang fleksibel. Desain ini memanfaatkan efek elektrokalorik, di mana menerapkan medan listrik sementara mengubah suhu bahan.

Dalam percobaan laboratorium, para peneliti menemukan bahwa prototipe dapat menurunkan suhu ambien dari lingkungan terdekatnya dengan 16 derajat Fahrenheit terus menerus dan hingga 25 derajat pada sumber panas setelah sekitar 30 detik.

Detail dalam makalah yang diterbitkan dalam jurnal Sainspendekatan ini dapat dimasukkan ke dalam teknologi pendingin yang dapat dipakai atau perangkat pendingin portabel.

“Tujuan jangka panjang kami adalah mengembangkan teknologi ini untuk aksesori pendingin yang dapat dipakai yang nyaman, terjangkau, andal, dan hemat energi-terutama bagi orang-orang yang bekerja di lingkungan yang sangat panas dalam waktu berjam-jam,” kata penyelidik utama Qibing PEI, seorang profesor Ilmu dan Teknik Bahan di Sekolah Teknik UCLA Samueli. “Ketika suhu rata -rata terus meningkat dengan perubahan iklim, mengatasi panas menjadi masalah kesehatan yang kritis. Kami membutuhkan berbagai solusi untuk masalah ini dan ini bisa menjadi dasar untuk satu. ”

Bagaimana perangkat pendingin bekerja

Bahan eksperimental terdiri dari tumpukan melingkar dari enam film polimer tipis, hanya di bawah satu inci dengan diameter dan seperempat inci tebal untuk seluruh tumpukan. Setiap lapisan dilapisi dengan karbon nanotube di kedua sisi. Bahan yang dihasilkan adalah feroelektrik, yang berarti mengubah bentuk ketika medan listrik diterapkan.

Ketika medan listrik perangkat dihidupkan, lapisan bertumpuk saling mengompres satu sama lain berpasangan. Ketika listrik mati, pasangan bertumpuk terpisah untuk kemudian menekan lapisan tetangga lainnya. Karena proses bergantian ini berulang, regeneratif, aksi cascading seperti akordeon terus memompa panas, lapisan demi lapis.

“Film-film polimer menggunakan sirkuit untuk menjemput muatan antara pasangan lapisan bertumpuk, yang membuat perangkat pendingin fleksibel lebih efisien daripada AC,” kata Hanxiang Wu, salah satu penulis co-lead penelitian dan sarjana pascadoktoral yang bekerja di lab PEI.

Teknologi pendingin tradisional bergantung pada pendingin udara dan pendingin, yang membutuhkan kompresi uap yang tidak hanya mengonsumsi banyak energi tetapi juga menggunakan karbon dioksida sebagai pendingin. Perangkat baru ini adalah desain yang lebih sederhana yang tidak memerlukan pendingin atau cairan yang menghasilkan-gas rumah kaca. Ini hanya beroperasi dengan listrik, yang dapat berkelanjutan ketika dihasilkan melalui sumber energi terbarukan seperti panel surya.

“This cooling device integrates advanced materials with an elegant mechanical architecture to deliver energy-efficient cooling by embedding functionality directly into its structure, reducing complexity, energy use, and computational demands,” said the study's co-lead author Wenzhong Yan, a postdoctoral scholar dalam rekayasa mesin.

Aplikasi di masa depan dan pengembangan paten

PEI memegang janji temu fakultas bersama di Departemen Teknik Mekanik dan Aerospace dan menjalankan Laboratorium Penelitian Bahan Lunak di UCLA. Dia dan timnya telah meneliti teknologi pendingin elektrokalorik yang dirancang untuk menurunkan suhu yang cukup untuk aplikasi dunia nyata.

“Karena kita dapat menggunakan film fleksibel tipis, pendinginan elektrokalor akan menjadi yang paling ideal untuk barang generasi berikutnya yang dapat membuat kita tetap dingin dalam kondisi berat,” kata Pei. “Ini juga bisa digunakan untuk mendinginkan elektronik dengan komponen yang fleksibel.”

Sumanjeet Kaur, seorang ilmuwan staf material di Lawrence Berkeley National Laboratory dan pemimpin kelompok energi termal, adalah penulis lain dari penelitian ini dan co-penemu pada aplikasi paten yang telah diajukan UCLA untuk penemuan ini. “Potensi pendinginan yang dapat dipakai secara efisien dalam mendorong penghematan energi dan mengurangi perubahan iklim tidak dapat dilebih -lebihkan,” kata Kaur.

Reference: “A self-regenerative heat pump based on a dual-functional relaxor ferroelectric polymer” by Hanxiang Wu, Yuan Zhu, Wenzhong Yan, Siyu Zhang, William Budiman, Kede Liu, Jianghan Wu, Yuan Meng, Xun Zhao, Ankur Mehta, Sumanjeet Kaur dan Qibing PEI, 31 Oktober 2024, Sains.
Doi: 10.1126/science.adr2268

Selain Wu dan Yan, mahasiswa pascasarjana UCLA Samueli dan anggota kelompok penelitian PEI Yuan Zhu adalah penulis co-lead lainnya. Penulis lain adalah mahasiswa pascasarjana sains material Siyu Zhang, William Budiman, Keled Liu, Jianghan Wu, dan mantan sarjana sains material postdoctoral Yuan Meng – semua anggota kelompok penelitian PEI; mahasiswa pascasarjana bioengineering Xun Zhao; dan Ankur Mehta, seorang profesor rekayasa listrik dan komputer UCLA.

Penelitian ini didanai oleh Kantor Penelitian Angkatan Laut AS, Program Penelitian dan Pengembangan Laboratorium yang mengarahkan di Lawrence Berkeley National Laboratory, California Nanosystems Institute (CNSI) di UCLA dan Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan. Studi ini menggunakan instrumen di CNSI Cleanroom dan Pusat Pencitraan Elektron untuk Nanomachines di UCLA.