Lüfter ade: Eine neue Technologie verspricht die Zukunft der Kühlung

Es gibt eine neue Methode zur Verbesserung der derzeitigen Kühlsysteme. Mit innovativen Materialien bringt uns die Wissenschaft effizienteren und nachhaltigeren Verfahren näher, was sowohl den Verbrauchern als auch der Umwelt zugute kommt.

Ventilator — Sanierungsbedarf: Der Kühlsektor verbraucht rund 20 Prozent des gesamten weltweiten Stromverbrauchs.

Die Suche nach effizienteren und nachhaltigeren Kühlmethoden hat Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory(ORNL) dazu veranlasst, innovative Materialien zu erforschen. Die bisher erzielten Fortschritte könnten die Art und Weise, wie wir unsere Häuser, Autos und elektronischen Geräte kühlen, revolutionieren.

Das auf Wissenschaft und Technologie spezialisierte und vom US-Energieministerium betriebene Labor untersucht eine der vielversprechendsten Technologien. Es handelt sich um die Festkörperkühlung, die zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen bietet.

Was ist Festkörperkühlung?

Die Festkörperkühlung beruht auf speziellen Materialien, die Wärme absorbieren und abgeben, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt sind, wodurch herkömmliche Kühlmittel und bewegliche Teile überflüssig werden. Dieser Ansatz ist nicht nur effizienter, sondern auch "umweltfreundlicher" . Und als ob das nicht genug wäre, sind diese Systeme auch noch leiser, kompakter und in der Lage, die Temperatur mit großer Präzision zu steuern.

Das ORNL-Team begann mit der Arbeit an einer magnetischen Formgedächtnislegierung, die aus Nickel, Kobalt, Mangan und Indium besteht.

Dieses Material hat die Fähigkeit, seine Form zu verändern und in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren, wenn es erhitzt oder einem Magnetfeld ausgesetzt wird, ein Prozess, der als "magnetokalorischer Effekt" bekannt ist. Während dieses Phasenübergangs nimmt das Material Wärme aus seiner Umgebung auf und gibt sie dann wieder ab, wodurch die Umgebung gekühlt wird.

Effizienz und Potenzial der Festkörperkühlung

Der Schlüssel zur Wirksamkeit dieser Legierung liegt in ihrer atomaren Struktur, die einem ungeordneten Zustand, dem sogenannten ferroischen Glaszustand, nahekommt. Dieser Zustand verbessert die Fähigkeit des Materials, Wärme zu speichern und abzugeben.

Chip, Technologie — Dieser neue Mechanismus der Festkörperkühlung hat das Potenzial, die Grenzen der herkömmlichen Dampfkompressionskühlung zu überwinden.

Mithilfe fortschrittlicher Instrumente entdeckten die Forscher synchronisierte Muster von Schwingungen (Phononen) und magnetischen Wellen (Magnes) im Material, die als lokalisierte Magnon-Phonon-Hybridmoden bezeichnet werden. Diese Moden beeinflussen die thermischen Eigenschaften des Materials erheblich.

Diese Entdeckung ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung effizienterer Materialien für die Festkörperkühlung, die schließlich herkömmliche Kältemittel und mechanische Teile ersetzen könnten.

Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, verändern diese Hybridmoden die Schwingungen des Materials, wodurch sich seine Stabilität und sein Verhalten ändern. Diese Veränderung erhöht die Fähigkeit des Materials, Wärme zu speichern und abzugeben, und verdreifacht die Kühlleistung der magnetischen Formgedächtnislegierung.

Vorteile für die Umwelt

Herkömmliche Kühlmethoden basieren auf Kältemitteln, die umweltschädlich sein können, und komplexen mechanischen Systemen, die laut und störanfällig sind. Die Festkörperkühlung hingegen bietet eine sauberere, leisere und effizientere Alternative.

Dieser Durchbruch verspricht nicht nur eine Verbesserung der Energieeffizienz, sondern auch eine Verringerung der mit herkömmlichen Kühlsystemen verbundenen Umweltauswirkungen.

Die Forschungsarbeiten des ORNL stellen einen bedeutenden Schritt in Richtung eines nachhaltigeren Lebens dar und ermöglichen einen Blick in die Zukunft der Kühlung. Die Fähigkeit dieser innovativen Materialien, die Effizienz zu verbessern und die Umweltbelastung zu verringern, macht sie zu einer attraktiven Option für eine Vielzahl von Anwendungen, von der Haushalts- bis zur industriellen Kühlung.

So könnte Ihr Computer gekühlt werden!

Ein bemerkenswertes Beispiel dafür, wie diese Technologie in der realen Welt angewendet werden kann, ist das innovative Kühlsystem namens AirJet des amerikanischen Unternehmens Frore Systems. Es wurde auf der letzten International Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas vorgestellt und nutzt ein ähnliches Prinzip wie die Festkörperkühlung, um elektronische Geräte ohne Lüfter zu kühlen.

wärme — Ein amerikanisches Unternehmen hat Produkte entwickelt, die mit Mikroprozessoren verbunden sind und deren Kühlung über Festkörpersysteme erfolgt.

Dieses Gerät verwendet winzige Membranen, die mit einer Ultraschallfrequenz vibrieren, um einen Luftstrom zu erzeugen, der die Übertragung von Wärmeenergie maximiert. Diese Technologie ermöglicht es, Chips in Laptops, Smartphones, Tablets und SSDs effizienter und leiser zu kühlen als herkömmliche Lüfter.

Die Zukunft ist näher, als wir denken

Die Festkörperkühlung stellt einen revolutionären Fortschritt in der Kühltechnik dar. Die Anwendung dieser Art von Technologie in alltäglichen Situationen könnte sehr bald realisiert werden.

Mit Materialien wie magnetischen Formgedächtnislegierungen ist es möglich, effizientere, leisere und umweltfreundlichere Kühlsysteme zu entwickeln. Darüber hinaus zeigen Anwendungen wie die für die Kühlung von Computerchips das Potenzial dieser Technologie, die Kühlung aller Arten von elektronischen Geräten zu verändern und kompakte Lösungen mit geringem Energieverbrauch anzubieten.