دفع البحث عن طرق تبريد أكثر كفاءة واستدامة العلماء في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) إلى استكشاف مواد مبتكرة. واستنادا إلى التقدم الذي تم إحرازه حتى الآن، يمكن أن يحدث ثورة في الطريقة التي نقوم بها بتبريد منازلنا وسياراتنا وأجهزتنا الإلكترونية.
يستكشف المختبر – المتخصص في العلوم والتكنولوجيا وتديره وزارة الطاقة الأمريكية – واحدة من أكثر التقنيات الواعدة. إنه تبريد الحالة الصلبة، والذي يوفر العديد من المزايا مقارنة بالأنظمة التقليدية.
ما هو تبريد الحالة الصلبة؟
يعتمد تبريد الحالة الصلبة على مواد خاصة تمتص الحرارة وتطلقها عند تعرضها لمجال مغناطيسي، مما يلغي الحاجة إلى المبردات التقليدية والأجزاء المتحركة. هذا النهج ليس فعالاً للغاية فحسب، بل إنه صديق للبيئة للغاية، وكما لو أن ذلك لم يكن كافيًا، فهذه الأنظمة هادئة ومدمجة للغاية وقادرة على التحكم في درجة الحرارة بدقة عالية.
بدأ فريق ORNL العمل على مركب ذو ذاكرة مغناطيسية يتكون من النيكل والكوبالت والمنجنيز والإنديوم.
ولهذه المادة القدرة على تغيير شكلها والعودة إلى حالتها الأصلية عند تسخينها أو تعريضها لمجال مغناطيسي، وهي الظاهرة المعروفة باسم “التأثير المغناطيسي”.. خلال هذه المرحلة من التغير، تمتص المادة الحرارة من محيطها ثم تطلقها، وبالتالي تبرد البيئة المحيطة.
قدرة وإمكانات تبريد الحالة الصلبة
يكمن مفتاح أداء هذا المركب في بنيته الذرية، التي تكون قريبة من حالة مضطربة تعرف باسم حالات الزجاج الحديدي. تعمل هذه الظروف على تعزيز قدرة المادة على تخزين الحرارة وإطلاقها.
باستخدام أدوات متقدمة، اكتشف الباحثون أنماطًا متزامنة من الاهتزازات (الفونونات) والموجات المغناطيسية (الماغونات) داخل المادة تسمى أنماط المغنون والفونون الهجينة الموضعية. تؤثر هذه الطرق بشكل كبير على الخواص الحرارية للمادة.
يعد هذا الاكتشاف مفتاحًا لتطوير مواد أكثر كفاءة للتبريد في الحالة الصلبة، والتي ستحل في النهاية محل المبردات التقليدية والمكونات الميكانيكية.
عند تطبيق مجال مغناطيسي، تغير هذه الأوضاع الهجينة اهتزازات المادة، مما يغير استقرارها وسلوكها. يزيد هذا التغيير من قدرة المادة على تخزين وإطلاق الحرارة، مما يؤدي إلى مضاعفة قوة التبريد للمركب ذو ذاكرة الشكل المغناطيسي ثلاث مرات.
فوائد بيئية
تعتمد أنظمة التبريد التقليدية على مواد تبريد ضارة بالبيئة وأنظمة ميكانيكية معقدة تتسم بالضجيج وعرضة للفشل. وفي المقابل، يوفر التبريد ذو الحالة الصلبة بديلاً أنظف وأكثر هدوءًا وأكثر كفاءة.
يعد هذا التقدم بتحسين كفاءة الطاقة، ولكنه أيضًا يقلل من التأثير البيئي المرتبط بأنظمة التبريد التقليدية.
تمثل أبحاث ORNL خطوة مهمة نحو حياة أكثر استدامة، مما يوفر لمحة عن مستقبل التبريد. إن قدرة هذه المواد المبتكرة على تحسين الكفاءة وتقليل التأثير البيئي تجعلها خيارًا جذابًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من التبريد المنزلي وحتى التبريد الصناعي.
هكذا يمكنك تبريد حاسوبك!
ومن الأمثلة البارزة على كيفية استخدام هذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي هو نظام التبريد المبتكر الذي يسمى AirJet من قبل الشركة الأمريكية Fror Systems. تم تقديمه في النسخة الأخيرة من المعرض الدولي للإلكترونيات الاستهلاكية (CES) في لاس فيجاس ويستخدم مبدأ مشابهًا لتبريد الحالة الصلبة لتبريد الأجهزة الإلكترونية دون الحاجة إلى مراوح.
يستخدم الجهاز المذكور أغشية صغيرة تولد تيارًا هوائيًا يهتز بتردد فوق صوتي، مما يزيد من نقل الطاقة الحرارية. تسمح هذه التقنية بتبريد أكثر كفاءة وأكثر هدوءًا للرقائق في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ومحركات أقراص الحالة الصلبة مقارنة بالمراوح التقليدية.
المستقبل أقرب مما نعتقد
يمثل التبريد بالحالة الصلبة تقدمًا ثوريًا في تكنولوجيا التبريد. قد يتم تنفيذ هذا النوع من التكنولوجيا في مواقف الحياة اليومية قريبًا جدًا.
يمكن لمواد مثل السبائك ذات الشكل المغناطيسي أن تخلق أنظمة تبريد عالية الكفاءة وهادئة وصديقة للبيئة. علاوة على ذلك، فإن التطبيقات مثل تلك المذكورة لتبريد شرائح الكمبيوتر تثبت إمكانات هذه التكنولوجيا لتحويل تبريد جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية وتوفير حلول مدمجة ومنخفضة استهلاك الطاقة.
