Твердотельное охлаждение

В национальной лаборатории города Ок-Риджа (ш. Теннеси - США) исследуют технологию охлаждения на основе твердотельных охлаждающих веществ. Группа ученых ведет научные изыскания в области возможности повсеместной замены парокомпрессионного охлаждения на альтернативные виды холода техногенного характера.

По заявлению ученых, данная технология будет обладать значительно меньшими массогабаритными характеристиками, иметь низкий уровень шума, по сравнению с парокомпрессионными чиллерами. Также система наряду с традиционными системами позволит поддерживать точный заданный температурный режим у охлаждаемого вещества.

Данная разработка находится на стадии экспериментов по изучению наиболее подходящих твердых веществ и технологических устройств для реализации их потенциала. На данном этапе работы в качестве испытуемого материала выбран магнитный сплав, состоящий из кобальта + марганца + никеля, в заданных пропорциях. Полученное вещество обладает отличным свойством возврата в исходную форму после деформации. Тело, из данного магнитного сплава деформируют, путем изменения температуры или пропускания его через магнитное поле, осуществляя фазовый переход. Во время фазового перехода, вещество выделяет или поглощает теплоту, за счет магнитокалорического эффекта.

Способность материала наилучшим образом выделять, сохранять и поглощать теплоту, обусловлена максимизацией неупорядоченного состояния веществ – ферроидного стекловидного состояния. Деформированное спиновое стекло, совсем не похоже на привычное нам оконное стекло, но условно похоже на непривычные виды фазовых состояний некой беспорядочной материи. Такое состояние можно обозначить как нарушенное или нестабильное фазовое состояние материала, так как причиной его возникновения является противодействие ограничивающих друг друга факторов, веществ входящий в его состав. Такой состав материла, изначально не позволит ему остаться в некоем стабильном фазовом состоянии.

Для отслеживания нужных свойств, применялся метод рассеяния нейронов, позволяющий изучать полученные сплавы на атомном уровне. Спиновые волны (магноны) и фотоны синхронизируются в некоторых локальных областях, которые в свою очередь распределены по хаотически разбросанным атомам, из которых состоит материал. В ходе исследований, были выявлены закономерности поведения материала в этих областях. Данные области определили, как гибридные локальные магнон-фотонные моды. Данные моды во многом определяют теплофизически свойства материла, требуемые для процесса охлаждения, а именно влияют на смещение фотонов под воздействием магнитного поля, активно влияя на фазовую стабильность материала. Решетка атомов в таком материале меняется нестабильно и иррегулярно. По мере возрастания неупорядоченности, возможность сохранения теплоты материалом также возрастает. Влияние на вещество магнитного поля, влияет на активное высвобождение теплоты материалом, сопровождающим фазовый переходом.

Четкое понимание и фиксация закономерностей степени воздействия на материал и степени его изменения и дают в результате данные, согласно которым возможно будет производить настройки заданной температуры, путем внедрения и адаптации данных свойств на некую конструктивную техническую основу.