空调电机要“退休”？新材料让冷却效率翻倍，电费或大幅降低！

排行榜 2025年09月24日 17:30 0 aa

传统压缩机制冷技术已经统治市场近百年，虽然效果不错，但能耗高、噪音大、使用环保性差的制冷剂。随着全球对节能环保需求日益增长，寻找更高效、更可持续的冷却方案成为当务之急。

热电制冷技术作为一种固态制冷方式，通过电子直接移动热量，无需压缩机、泵或化学制冷剂，具有安静、紧凑、可靠的特点。但长期以来，这种技术的效率较低，无法广泛应用于高性能系统。

图片来源：约翰·霍普金斯大学应用物理实验室

纳米工程材料突破：CHESS技术横空出世

约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的研究人员与三星的制冷工程师合作，开发出了名为“受控分层工程超晶格结构”（CHESS）的纳米工程热电材料。

这项技术是APL长达十年研究的成果，最初是为国家安全应用而开发，后来也用于假肢的非侵入性冷却治疗，并在2023年获得了R&D 100大奖。

CHESS材料使用金属有机化学气相沉积方法生产，这是一种众所周知的可扩展、成本效益高且支持大批量制造的方法。

这种制造工艺已经广泛应用于商业领域，特别是用于制造为卫星和商业LED灯供电的高效太阳能电池，这为CHESS热电薄膜材料的大规模生产提供了理想条件。

研究人员在标准化制冷测试中比较了使用传统块体热电材料的制冷模块和使用CHESS薄膜材料的模块。

结果令人震惊：在室温（约25摄氏度）下，使用CHESS材料比传统热电材料的效率提高了近100%。

更重要的是，这种材料级的性能提升直接转换为了设备级的效率提升——使用CHESS材料制造的热电模块效率提高了近75%，而在完全集成的制冷系统中，效率提高了70%。

这些测试都是在大量泵热复制实际运行条件的背景下完成的，证明了其在实际应用中的巨大潜力。

CHESS薄膜技术不仅提高了效率，还大幅减少了材料使用量——每个制冷单元只需要0.003立方厘米的材料，大约只有一粒沙子那么大。

这种材料用量的减少意味着APL的热电材料可以使用半导体芯片生产工具进行大规模生产，从而降低成本效率，实现广泛的市场应用。

该技术的首席研究员Rama Venkatasubramanian表示：“这种薄膜技术有可能从小规模制冷系统发展到支持大型建筑HVAC应用，就像锂离子电池从为手机等小型设备供电扩展到为电动汽车等大型设备供电一样。”

传统冷却系统虽然有效，但通常体积庞大、能耗高，并且依赖可能对环境有害的化学制冷剂。

热电制冷技术被广泛认为是一种潜在的解决方案，它通过电子通过特殊的半导体材料移动热量来冷却，消除了对移动部件或有害化学品的需求。

这使得下一代冰箱安静、紧凑、可靠且可持续，有望彻底改变我们的冷却方式。随着合作研究的深入和技术的进一步转移，这项创新将很快转化为实际应用。未来几年，我们可能会看到这种革命性技术出现在家用冰箱、空调系统甚至太空探索设备中，真正实现节能环保与高效冷却的完美结合。

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