奈米工程熱電材料突破！無壓縮機冷卻技術效率翻倍

美國約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）研發出一項革命性固態熱電製冷技術，採用獨家開發的奈米級材料，效率較現有商用熱電材料提升兩倍。這項突破為全球日益增長的節能、可靠且輕巧的冷卻需求，提供了可量產的替代方案。

研究團隊在《自然通訊》期刊發表成果，展示這款名為「階層式控制超晶格結構」（CHESS）的奈米材料，能大幅提升熱泵效率與製冷能力。這項技術源自APL十年來在熱電材料領域的研究，最初用於國防安全用途，後來更應用於義肢非侵入式冷卻療法，並榮獲2023年R&D 100大獎。

「CHESS薄膜材料在實際製冷應用中的表現，標誌著冷卻技術的重大飛躍，」APL熱電技術首席專家Rama Venkatasubramanian強調，「這為大規模節能製冷應用開闢了新途徑。」

隨著人口增長、都市化及電子裝置普及，傳統壓縮機製冷系統的笨重體積、高耗能及化學冷媒汙染等缺點日益凸顯。熱電製冷技術因無活動零件、不使用有害化學物質，被視為極具潛力的替代方案。

研究團隊與三星電子合作，透過精密熱模型驗證發現：CHESS材料在室溫環境下，效率較傳統熱電材料提升近100%。實際應用於製冷系統時，整體效率更提升70%，且每單位僅需0.003立方公分的微量材料，約一粒沙的大小，大幅降低生產成本。

「這項薄膜技術的發展潛力，就像鋰電池從手機擴充套件到電動車的過程，」Venkatasubramanian比喻道。團隊採用製造衛星太陽能板的MOCVD製程，確保量產可行性。

除了製冷應用，CHESS材料還能將體溫等溫差轉化為電力，可望應用於義肢、人機介面乃至太空科技。APL商業化經理Susan Ehrlich表示：「這項合作證明高效固態製冷不僅科學可行，更具備量產潛力。」

未來研究將聚焦大型冷凍系統開發，並結合AI最佳化分散式冷卻效率，加速技術商業化程序。

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