Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns Hopkins (APL) và Samsung Electronics phát triển công nghệ làm mát mới, sử dụng vật liệu nano tiên tiến để làm mát mà không cần bất kỳ bộ phận chuyển động hoặc hóa chất độc hại nào. Công nghệ mới có thể thay thế máy nén cồng kềnh trong tủ lạnh truyền thống, giúp tủ lạnh hiệu quả và tốt hơn cho môi trường.
Trọng tâm của bước đột phá này là một vật liệu màng mỏng có tên là CHESS, viết tắt của các cấu trúc siêu mạng được thiết kế theo hệ thống thứ bậc có kiểm soát. CHESS mất hơn một thập kỷ để phát triển và ban đầu tạo ra cho mục đích an ninh quốc gia. Giờ đây, với CHESS, tương lai của việc làm mát có vẻ yên tĩnh hơn, sạch hơn và hiệu quả hơn.
Hiện nay, công nghệ này đang sử dụng để sản xuất tủ lạnh, có hiệu suất gần gấp đôi so với tủ lạnh sử dụng vật liệu làm mát thể rắn tốt nhất hiện nay. Không giống như tủ lạnh truyền thống dùng máy nén và chất làm lạnh hóa học để tạo ra không khí lạnh, phương pháp mới này sử dụng làm mát nhiệt điện.
Điều đó có nghĩa là nó di chuyển nhiệt bằng electron trong chất bán dẫn đặc biệt, tạo ra hiệu ứng làm mát mà không có bộ phận chuyển động. Quá trình này diễn ra im lặng và thân thiện với môi trường. Trong các thử nghiệm, tủ lạnh sản xuất bằng vật liệu CHESS sử dụng ít hơn tới 70% điện năng so với tủ lạnh sử dụng vật liệu nhiệt điện cũ.
Các thử nghiệm này được tiến hành trong điều kiện thực tế để đảm bảo kết quả có tính thực tế và không chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm. Một trong những lợi thế lớn nhất của CHESS là lượng vật liệu cần rất ít. Mỗi đơn vị chỉ cần lượng vật liệu bằng một hạt cát.
Điều này có nghĩa là nó có thể sản xuất bằng thiết bị sản xuất chất bán dẫn hiện có, cùng loại công cụ dùng để sản xuất chip máy tính hoặc pin mặt trời. Điều đó mở ra cánh cửa cho sản xuất quy mô lớn và chi phí thấp hơn. Vì quy trình này đã được chứng minh và có thể mở rộng quy mô nên việc sản xuất hàng loạt đơn vị làm mát này trở nên thực tế hơn nhiều.
Nhưng công nghệ này hứa hẹn còn vượt xa tủ lạnh. Vật liệu CHESS cũng có thể biến nhiệt thành điện, cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo, chân tay giả trong y khoa. Kích thước và tính linh hoạt của chúng cho phép ứng dụng sáng tạo vào nhiều mục đích khác nhau, từ giữ mát điện thoại đến quản lý nhiệt độ bên trong tòa nhà lớn mà không cần điều hòa không khí thông thường.
Nhóm nghiên cứu tại APL hiện đang phát triển các hệ thống lớn hơn, như tủ đông và các thiết bị điều hòa không khí hoàn chỉnh, thậm chí còn nghiên cứu cách trí tuệ nhân tạo có thể giúp quản lý sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Họ cũng đang hợp tác với các công ty để biến sáng tạo này thành các sản phẩm mà mọi người có thể sử dụng trong nhà, văn phòng.
