Nuk mund të ndriçosh një dhomë me errësirë, nuk mund të thërrise një peshqir duke e lagur dhe, sigurisht, nuk mund të ftoheshe diçka me nxehtësi. Apo jo? E, ndoshta. Shkencëtarët kanë krijuar një pajisje ftohëse me gjendje të ngurtë që mund të përdorë nxehtësinë për të gjeneruar ftohtësi, duke hapur potencialisht një mënyrë për procesorët dhe elektronikën e tjerë që prodhojnë shumë nxehtësi për të ricikluar një pjesë të nxehtësisë së tyre për ftohje.
Kërkuesit në Institutin e Teknologjisë të Karlsruhe (KIT) në Gjermani dhe në Universitetin e Tsukuba në Japoni krijuan këtë ftohës eksperimental duke lidhur dy filma jashtëzakonisht të hollë të aliazhit me kujtesë të formës. Njëri konverton nxehtësinë në lëvizje mekanike, ndërsa tjetri konverton atë lëvizje në ftohje. Në thelb, nxehtësia kryen punën që zakonisht kryhet nga motori ose aktuatori elektrik që ushtron ciklin e ftohjes. Puna u publikua në revistën “Nature Energy”.
Shumë frigoriferë dhe ajer kondicionues përdorin ftohjen me kompresim me avull. Një kompresor i ushqyer me energji elektrike shtrydh një gaz ftohës, duke e rritur presionin dhe temperaturën e tij. Ftohësi i nxehtë më pas liron nxehtësinë në mjedisin përreth, para se të kalojë përmes një pajisje ekspansioni që e ul presionin dhe temperaturën. Atëherë ai mund të absorbojë nxehtësinë nga frigoriferi, dhoma ose hapësira tjetër që po ftohet, para se të kthehet në kompresor për të përsëritur procesin.
Ftohja me gjendje të ngurtë ndjek një rrugë të ndryshme. Në vend që të mbështetet në një kompresor për të qarkulluar një ftohës përmes ndryshimeve të përsëritura të fazës gaz-lëngë, këto teknologji shfrytëzojnë materiale të cilat ndryshojnë temperaturën në përgjigje ndaj një stimuli të jashtëm. Për shembull, ftohësit termoelektrikë Peltier përdorin një rryma elektrike për të lëvizur nxehtësinë përmes bashkimeve të gjysmëpërçave. Materialet magnetokalorike reagonojnë ndaj fushave magnetike, ndërsa materialet elektrokalorike reagonojnë ndaj fushave elektrike.
Ekziston edhe ftohja elastokalorike, ku ftohja nxitët nga stresi mekanik.
Disa aliazhë me kujtesë të formës, duke përfshirë materialet me bazë nikël-titan, ndryshojnë strukturën e tyre kristalore kur zgjathen ose kompresohen. Ngrohja e materialit mund të shkaktojë një transformim nga një fazë kristalore e ngurtë në një tjetër, duke lironë nxehtësi në proces. Leja që nxehtësia të largohet, dhe më pas heqja e ngrohjes, shkakton një fazë të kundërt që absorbon nxehtësinë, duke e bërë materialin më të ftohtë. Përsëritja e ciklit e kthen aliazhin në një ftohës me gjendje të ngurtë.
Megjithatë, ekziston një problem i mjaft i paqëndrueshëm. Diçka duhet të vazhdojë të zgjatë dhe të lërë të lirë ftohësin. Prototipat aktualë të ftohjes elastokalorike përdorin zakonisht motorë elektromehnikë ose aktuatorë hidraulikë për të gjeneruar forcat e mëdha që janë të nevojshme për të deformuar përsërisht aliazhin e tyre me kujtesë të formës. Pra, edhe pse ftohësi vetë është i ngurtë, sistemi i ftohjes ende ka nevojë për një drejtues me energji elektrike për të funksionuar.
Zgjidhja e ekipit të KIT dhe Tsukuba është mjaft e thjeshtë: përdorni një aliazh tjetër me kujtesë të formës për të aktivuar aliazhin e parë.
Prototipi i tyre përmban një film të hollë 22-mikrometrash të titanit-nikelit (TiNi) që vepron si një aktuator termik, i lidhur mekanikisht me një film 26.5-mikrometrash të titanit-nikelit-hekurit (TiNiFe) që vepron si ftohësi.
Aktuatori TiNi kontraktohet kur ngrohet. Kur nxehtësia hiqet, ai kthehet në formën e tij të paracaktuar, duke zgjatur ftohësin TiNiFe. Kjo zgjatje shkakton një transformim të fazës të induktuar nga stresi në ftohësin, duke e bërë atë të lironë nxehtësi. Pas lirimës së nxehtësisë në një sink nxehtësie, aktuatori ftohet dhe relaksohet. Ngrohja në ftohësin bie, struktura e tij kristalore kthehet dhe ajo absorbon nxehtësi dhe ftohet.
Rinhapja e aktuatorit fillon ciklin përsëri.
Me fjalë të tjera, kërkuesit kanë marrë një ftohës elastokalorik që duhet të zgjathet dhe të lirohet përsërisht, dhe e kanë kombinuar me një metal “inteligjent” që mund të sigurojë atë lëvizje kur ngrohet dhe ftohet, dhe kanë lidhur mekanikisht dy materialet së bashku.
“Inovimi kryesor është se ne kombinon dy funksione komplementare të aliazhëve me kujtesë të formës, me një film që konverton nxehtësinë në punë mekanike dhe film tjetër që konverton këtë punë në ftohtësi”, tha Jingyuan Xu, i cili udhëheq Grupin e Investigatorëve të Rinj të Laboratorit Termik ZEco të KIT.
Kërkuesit e testuan fillimisht sistemin e plotë duke ngrohur elektrikisht aktuatorin TiNi. Me një temperaturë mesatare maksimale të aktuatorit prej 86 °C (187 °F), ftohësi TiNiFe prodhoi një hapësirë temperaturash prej 12.9 K. Njëherë që u përfshinë këmbimet e nxehtësisë dhe pjesa tjetër e prototipit, pajisja e plotë u stabilizua në një hapësirë temperaturash prej 4.0 K pas 20 cikleve.
Më pas ata zëvendësuan ngrohjen Joule me një burim nxehtësie ekstern solid që u mbajt në 130 °C (266 °F), duke transferuar drejt nxehtësinë në aktuator përmes kontaktit. Ftohësi vazhdoi të funksiononte, duke prodhuar një hapësirë temperaturash të qëndrueshme në nivelin e pajisjes prej 2.2 K, me anën e nxehtë duke u vendosur rreth 1.2 °C mbi temperaturën fillestare dhe anën e ftohtë rreth 1.0 °C nën të. Kjo konfiguracion prodhoi 2.09 milivat ftohëse, ekuivalent me 3.32 W për gram ftohësi aktiv.
Këto shifra janë një realitet për gjendjen aktuale të projektit. Outputi absolut i ftohjes i prototipit me nxehtësi eksterne matet në milivat, dhe hapësira e tij e temperaturës prej 2.2 gradave është shumë e vogël në krahasim me ngarkimet termike që trajtohen nga sistemet moderne të ftohjes së kompjuterëve. Prandaj, askush nuk do të vendosë një nga këto në një GPU 500-W nëse do.
Arritja është më shumë një demonstrim i parimit. Kërkuesit kanë demonstruar eksperimentalisht se vetëm nxehtësia mund të sigurojë aktivimin mekanik të nevojshëm për të ushtruar një cikël ftohje elastokalorik. KIT e përshkruan harduerin aktual si një studim të mundësishmërisë që ende nuk është optimizuar për kapacitetin maksimal të ftohjes.
Burimi: Instituti i Teknologjisë të Karlsruhe
Burimi: newatlas.com
