電熱冰箱：另一種更高效的製冷方式

研究者建造了一種杯墊大小的電熱冰箱，能在設備的熱端和冷端產生2000度的溫差。其冷卻機制是基於電熱效應，涉及對材料輪流施加或者移除電場，以分別提高或者降低材料溫度。這一新型冷卻方法具有達到相比當前方法更高效率的潛力，某天可能會取代目前的冰箱和其他冷卻設備。

共同作者賓夕法尼亞州立大學電子工程和材料科學傑出教授Qiming Zhang說道：「與傳統冷卻方法相比，新的冷卻方法具有更高的冷卻效率和冷卻能力，並且尺寸更小。」

「隨著電熱材料的持續發展，電熱冷卻設備也具有取代傳統基於蒸發-壓縮循環的冷卻方法的潛力。具體的，這可被用於冰酒器、計算機冷卻、局域氣候控制、醫療應用以及電動汽車等。」

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該成果已發表在應用物理快報上。

雖然目前還有其他電熱製冷設備，但這些設備通常將活性蓄熱室用作熱傳遞材料，但由於活性蓄熱室必須經受循環溫度改變，因此會存在熱損耗。該研究中的電熱設備卻並不使用活性蓄熱室，這就使得更高的製冷效率和製冷能力成為可能。

新設備包含多個陶瓷環，每一個都由約12個硬幣大小的基本結構組成。相鄰的環以每分鐘幾轉的速度反向旋轉。當一個環的基本結構向熱端旋轉，電場就會施加於基本結構上，致其排出熱量。相反的，當基本結構向冷端旋轉，電場就減為0，導致基本結構吸熱。相鄰反向旋轉的環交換熱量，進一步冷卻冷端和加熱熱端。

在先前的工作中，這一研究中的某些研究者模擬演示了設備的工作方式，最新研究就是這一概念的首次實驗證明。這一原型機的冷端和熱端具有2000度的溫差，媲美最好的類似製冷設備的再生因子。由於這一原型機只利用了商用陶瓷材料和兩個電熱環，因此研究者認為利用更好的材料和更多的環能顯著提升設備的性能。研發具有大電熱效應的陶瓷材料是一個研究熱點，研究者希望這些材料中的某些可以理想地適用於這種類型的製冷設備。

「未來我們將著重於研發能在非常低的電壓下產生電熱效應電熱材料(包括聚合物和陶瓷)。我們還會嘗試比例放大目前最新的電熱材料到工業規模，能在小於200伏的外加電壓下可靠使用。」

論文原文：DOI: 10.1063/1.4986508

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。Lisa Zyga

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