Cercetători au dezvoltat un sistem de răcire bazat pe transformarea caldurii în mișcare mecanică, folosind două filme metalice cu memorie de formă. Acest dispozitiv poate produce răcire fără consum direct de energie electrică, valorificând căldura reziduală pentru a genera diferențe de temperatură. Primele teste au arătat rezultate promițătoare, însă tehnologia necesită îmbunătățiri pentru aplicabilitate comercială.
Principiul de funcționare al sistemului
Dispozitivul utilizează două filme subțiri, fabricate din aliaje cu memorie de formă. Primul, având o grosime de 22 micrometri din aliaj TiNi (titan-nichel), acționează ca actuator. La încălzire, materialul se contractă, transformând energia termică în mișcare mecanică. Această mișcare este transmisă celui de-al doilea film, din aliaj TiNiFe (titan-nichel-fier), cu o grosime de 26,5 micrometri, care funcționează ca agent frigorific solid.
Pe scurt, încălzirea filmului TiNi induce întinderea filmului TiNiFe în condiții de răcire, materialul reacționând prin schimbarea structurii cristaline, generând efectul elastocaloric. În lipsa unui motor sau actuator electric, sistemul permite conversia directă a căldurii în mișcare, utilizabilă pentru răcire.
Rezultate experimentale
Testele efectuate în laborator au demonstrat că, la încălzirea dispozitivului la circa 86 de grade Celsius, s-a înregistrat o diferență de temperatură de până la 12,9 Kelvin la nivelul materialului frigorific și de 4 Kelvin în întregul sistem.
Un experiment mai avansat a folosit o sursă externă de căldură de 130 de grade Celsius. In ciuda condițiilor, sistemul a menținut o diferență de temperatură de 2,2 Kelvin, cu o putere de răcire de aproximativ 3,3 W pe gram.
Aceste rezultate indică că sistemul poate funcționa și cu energie termică externă, fără consum electric direct, ceea ce îl face relevant pentru utilizări unde energia termică deja existentă poate fi valorificată pentru răcire.
Aplicații și limitări actuale
Ideea de a transforma căldura în energie relevantă pentru răcire poate fi atractivă pentru centrele de date, care generează constant energie termică. Industria caută soluții pentru a reduce costurile de răcire, inclusiv utilizarea lichidelor și materiale speciale pentru transfer termic mai eficient.
Cu toate acestea, tehnologia este încă la stadiul de prototip și nu poate susține nevoile unui procesor modern sau ale unor echipamente de mare putere. Puterea de răcire la nivelul actualului prototip se limitează la aproximativ 2,09 miliwați, insuficient pentru răcirea componentelor critice precum procesoarele sau acceleratoarele AI, care consumă sute sau chiar peste o mie de wați.
Cercetătorii evidențiază limitele sistemului, printre care viteza redusă de acționare, capacitatea limitată de deformare rapidă și geometria schimbătoare ale schimbătoarelor de căldură. Funcționarea continuă ar necesita un sistem care să gestioneze alternanța între încălzire și răcire.
Pașii următori și perspectivele de dezvoltare
Următoarea etapă vizează creșterea capacității sistemului prin conectarea mai multor filme în paralel, extinderea volumului materialului și îmbunătățirea transferului termic.
Testele de rezistență efectuate asupra filmului TiNiFe indică o durabilitate de peste 2.000 de cicluri fără defecte mecanice sau degradeări funcționale, însă proiectul actual are ca scop demonstrarea principiului, nu optimizarea durabilității pe termen lung. Alte aliaje similare au demonstrat rezistență la milioane de cicluri.
Deocamdată, această tehnologie rămâne o demonstrație de concept, fiind departe de aplicabilitatea comercială pentru răcirea procesorilor sau componentelor de înaltă performanță.
