Koreli elektronik devi Samsung, ABD’nin Maryland eyaletindeki Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’nda (APL) görev yapan bilim insanlarıyla iş birliği yaparak, günümüzde dünya genelinde yaygın olarak kullanılan kompresör tabanlı soğutma sistemlerine alternatif oluşturacak katı hal termoelektrik soğutma teknolojisi geliştirdi.
YENİ NESİL SOĞUTMA
Samsung ve APL ortaklığıyla geliştirilen bu yeni teknoloji, nano mühendislik ürünü malzemelerle desteklenerek, geleneksel termoelektrik sistemlere kıyasla iki kat daha verimli cihazlar sunuyor. Günümüzde kullanılan kompresör bazlı soğutma sistemleri, ısıyı bobinler aracılığıyla pompalamak için karmaşık ve enerji yoğun mekanizmalarla çalışıyor. Bu sistemler her ne kadar etkili olsa da, büyük hacimli yapıları, yüksek enerji tüketimleri ve çevreye zararlı kimyasallar içermeleri nedeniyle sürdürülebilirlik açısından sorun teşkil ediyor.
Artan küresel nüfus ve yükselen soğutma ihtiyaçları göz önüne alındığında, kompresörlü sistemlere alternatif arayışları önem kazanıyor. Termoelektrik soğutma bu noktada dikkat çeken bir seçenek sunuyor. Bu yöntemde, elektronlar ısıyı özel yarı iletken malzemelerden geçirerek geleneksel soğutma sıvısının görevini üstleniyor. Böylece hareketli parçalara ve çevreye zararlı kimyasallara ihtiyaç kalmadan, çok daha kompakt, güvenilir ve çevreci soğutma sistemleri geliştirilebiliyor.
İNCE FİLM DEVRİMİ
Daha önce termoelektrik soğutma sistemleri, buzdolaplarına benzer ticari soğutma ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla toplu malzemelerle geliştirilmişti. Ancak bu yaklaşım, düşük verimlilik ve yetersiz ısı pompalama kapasitesi nedeniyle geniş çaplı kullanıma uygun değildi. APL’deki araştırmacılar, bu sorunu aşmak adına “Kontrollü Hiyerarşik Olarak Tasarlanmış Süper Kafes Yapıları” (CHESS) oluşturmak için nanomühendislik teknolojilerini kullandı. Başlangıçta ulusal güvenlik uygulamaları için geliştirilen bu yöntem, zamanla invaziv olmayan medikal soğutma terapilerine de uyarlanmıştı. Samsung ile yapılan iş birliği sayesinde bu teknoloji artık büyük ölçekli soğutma uygulamalarına da aktarılmış durumda.
VERİMLİLİKTE YÜZDE 100 ARTIŞ
APL’deki uzmanlar, CHESS tabanlı ince film kullanan soğutma modüllerini, geleneksel dökme termoelektrik malzemelerle çalışan modüllerle karşılaştırdı. Oda sıcaklığında yapılan testlerde, CHESS tabanlı sistemlerin yüzde 100’e varan verimlilik artışı sağladığı gözlemlendi. Basın bülteninde, CHESS teknolojisiyle üretilen modüllerin genel olarak yüzde 75, tamamen entegre edilmiş bir sistemin ise yüzde 70 verimlilik artışı sunabileceği bilgisi paylaşıldı.
Bu başarı yalnızca verimlilikteki artışla değil, aynı zamanda malzeme kullanımındaki verimlilikle de öne çıkıyor. CHESS yöntemiyle üretilen ince filmler, çok daha az başlangıç malzemesiyle etkili soğutma sağlıyor. Örneğin, deneysel uygulamalarda yalnızca 0,003 santimetre küp malzemeyle çalışan birimler üretildi. Bu miktar, bir kum tanesi büyüklüğüne denk geliyor. Bu durum, büyük ölçekli üretimi maliyet açısından daha elverişli hale getiriyor.
YÜKSEK TEKNOLOJİ ALTYAPISI
Araştırmacılar, termoelektrik malzemeleri geliştirmek için, yüksek verimli güneş panelleri ve ticari LED üretiminde yaygın kullanılan yöntemlerden ilham aldı. Bu kapsamda, CHESS yapılarının üretiminde, metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) yöntemi tercih edildi. Bu yöntem, hem ölçeklenebilirliği hem de maliyet etkinliğiyle öne çıkıyor.
Uzmanlar, bu ince film teknolojisinin tıpkı lityum iyon pillerin cep telefonlarından elektrikli araçlara kadar farklı alanlarda kullanılabilmesi gibi, küçük ölçekli uygulamalardan devasa binalardaki iklimlendirme sistemlerine kadar geniş bir kullanım yelpazesi sunabileceğini ifade etti.
Samsung ve APL’nin geliştirdiği bu yeni nesil termoelektrik soğutma teknolojisi, yalnızca daha sürdürülebilir bir gelecek için değil, aynı zamanda enerji verimliliği yüksek sistemlerin küresel düzeyde yaygınlaşması adına da umut vadediyor.
