美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）的科学家最新研发出一种名为“CHESS”的新型材料，极大提升了热电制冷设备的效率。这一突破几乎将传统材料在室温下的性能提升了一倍，有望推动更高效、更节能的冷却系统发展，为今后的能源节约提供新途径。

应用物理实验室的研究人员开发出名为CHESS的新型材料，可显著提升热电制冷装置的效率。这项突破性成果使材料在室温下的性能几乎达到传统材料的两倍，有望催生更高效的制冷系统和节能技术。图片来源：约翰霍普金斯大学应用物理实验室/埃德·惠特曼

据悉，APL 的 CHESS 薄膜制冷系统不仅制造工艺简单，而且效率是传统大宗热电材料设备的两倍。随着全球对紧凑、可靠且高能效冷却技术需求的不断增长，这项研发成果为取代传统压缩机制冷提供了有前景的替代选择。

在最新发表的研究中，APL 的团队联合三星研究所的制冷工程专家，通过高性能纳米工程热电材料“分级超晶格结构（CHESS）”，显著提升了制冷效率和冷却能力。该平台是APL在高端纳米工程热电材料及其应用领域长达十年研究的结晶。最初“CHESS”材料为国家安全需求开发，此后拓展至假体非侵入式冷却等领域，并于2023年获得R&D 100大奖。

对基于CHESS技术的热电装置进行测试及冰层堆积的近距离观察。该测试系统有助于评估新型材料将电能转化为制冷能的效率，为更高效的制冷与能量收集技术铺平道路。图片来源：约翰霍普金斯大学应用物理实验室/埃德·惠特曼

研究人员在实验中，将由传统热电材料和CHESS薄膜材料组成的制冷模块进行对比，并在商业冰箱测试系统中测量不同冷却水平下的电力消耗。结果显示，APL 团队利用 CHESS 材料，在室温下效率几乎提升了100%；在设备层面，采用此材料的热电模块效率提升约75%；而集成于整个制冷系统中的效率提升则高达70%。这些都有力证明了该技术在高强度热泵工况下的巨大应用潜力。

除了效率提升外，CHESS 薄膜技术所需材料极少——每台制冷单元仅需0.003立方厘米，大致相当于一粒沙。如此小的用量，使得这种热电材料可通过半导体芯片制造技术大规模量产，显著降低成本并推动市场普及。

内森·费尔班克斯、乔恩·皮尔斯和拉玛·文卡塔苏布拉马尼安（从左至右）正在分析金属有机化学气相沉积（MOCVD）实验室制备的薄膜。图片来源：约翰霍普金斯大学应用物理实验室/埃德·惠特曼

同时，这一材料采用广泛应用于高效卫星太阳能电池及LED照明的金属有机化学气相沉积（MOCVD）工艺生产。正因其具备扩展性与高效量产能力，未来有望像锂离子电池一样，应用于从小型制冷装置到大型楼宇空调系统等各种领域。

约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室高级研究工程师乔恩·皮尔斯正在检查一片采用金属有机化学气相沉积法生长的薄膜。该技术以其可扩展性、成本效益及支持大规模生产的能力而闻名。图片来源：约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室/克雷格·韦曼

APL 还透露，CHESS 材料不仅可用于高效制冷，还具备将温差（如人体热量）转化为电能的功能。未来，这一成果有望推动新一代触觉系统、假体及人机接口的发展，并实现从计算机到航天器等多领域、可扩展的能源收集技术。

APL 技术商业化负责人 Susan Ehrlich 表示：“本次合作不仅证明了高效固态制冷的科学可行性，更展现了可规模化量产的巨大潜力。未来我们期待与更多企业合作，将这些创新技术推广到实际应用中。”

编译自/ScitechDaily