সলিড-স্টেট কুলিং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা প্ররোচিত স্ট্রেনের মাধ্যমে অর্জন করা হয়

চীনের গবেষকরা দেখিয়েছেন যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করে একটি যৌগিক উপাদানে স্ট্রেন প্রয়োগ করা একটি বড় এবং বিপরীতমুখী ক্যালোরি প্রভাবকে প্ররোচিত করে। চৌম্বক ক্ষেত্র ছাড়াই ক্যালরির প্রভাব বাড়ানোর এই অভিনব উপায়টি কঠিন-রাষ্ট্র শীতল করার নতুন পথ খুলে দিতে পারে এবং আরও শক্তি দক্ষ এবং হালকা রেফ্রিজারেটর তৈরি করতে পারে।

ইন্টারন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ রেফ্রিজারেশন এমনটাই অনুমান করেছে 20% বিশ্বব্যাপী ব্যবহৃত সমস্ত বিদ্যুৎ বাষ্প-সংকোচন রেফ্রিজারেশনে ব্যয় করা হয় - যা প্রচলিত রেফ্রিজারেটর এবং এয়ার কন্ডিশনারগুলিতে ব্যবহৃত প্রযুক্তি। আরও কী, এই সিস্টেমগুলিতে ব্যবহৃত রেফ্রিজারেন্টগুলি শক্তিশালী গ্রিনহাউস গ্যাস যা গ্লোবাল ওয়ার্মিংয়ে উল্লেখযোগ্য অবদান রাখে. ফলস্বরূপ, বিজ্ঞানীরা আরও পরিবেশবান্ধব হিমায়ন ব্যবস্থা বিকাশের চেষ্টা করছেন।

কুলিং সিস্টেমগুলি সম্পূর্ণ সলিড-স্টেট সিস্টেম থেকেও তৈরি করা যেতে পারে, তবে এগুলি বর্তমানে বেশিরভাগ মূলধারার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য বাষ্প সংকোচনের সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে না। আজ, বেশিরভাগ বাণিজ্যিক সলিড-স্টেট কুলিং সিস্টেম পেল্টিয়ার প্রভাব ব্যবহার করে, যা একটি থার্মোইলেকট্রিক প্রক্রিয়া যা উচ্চ খরচ এবং কম দক্ষতার দ্বারা ভোগে।

বাহ্যিক ক্ষেত্র

ক্যালরি উপাদানের উপর ভিত্তি করে সলিড-স্টেট কুলিং সিস্টেমগুলি উচ্চ হিমায়ন দক্ষতা এবং শূন্য গ্রীনহাউস নির্গমন উভয়ই অফার করে এবং বাষ্প-সংকোচন প্রযুক্তি প্রতিস্থাপনের জন্য প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী হিসাবে আবির্ভূত হচ্ছে। এই সিস্টেমগুলি রেফ্রিজারেন্ট হিসাবে একটি কঠিন উপাদান নিযুক্ত করে, যা একটি বাহ্যিক ক্ষেত্রের (বৈদ্যুতিক, চৌম্বকীয়, স্ট্রেন বা চাপ) সাপেক্ষে তাপমাত্রার পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায় - একটি ঘটনা যাকে ক্যালোরি প্রভাব বলা হয়।

এখনও অবধি, সলিড-স্টেট ক্যালোরিক কুলিং সিস্টেমের বেশিরভাগ গবেষণা চৌম্বকীয় রেফ্রিজারেন্টগুলিতে মনোনিবেশ করেছে। যাইহোক, ব্যবহারিক রেফ্রিজারেন্টগুলি অবশ্যই ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি একটি উল্লেখযোগ্য ক্যালরির প্রভাব প্রদর্শন করবে এবং এই জাতীয় উপাদানগুলি সাধারণত খুঁজে পাওয়া কঠিন। একটি সম্ভাব্য উপাদান হল Mn₃SnC, যা 2 T-এর বেশি চৌম্বক ক্ষেত্রের সংস্পর্শে এলে একটি উল্লেখযোগ্য ক্যালরির প্রভাব প্রদর্শন করে। কিন্তু এই ধরনের উচ্চ চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করার জন্য ব্যয়বহুল এবং ভারী চুম্বক ব্যবহার করা প্রয়োজন, যা বাস্তবসম্মত নয়।

এখন, পেং উ এবং সাংহাইটেক ইউনিভার্সিটি, সাংহাই ইনস্টিটিউট অফ মাইক্রোসিস্টেম অ্যান্ড ইনফরমেশন টেকনোলজি, ইউনিভার্সিটি অফ চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস এবং বেইজিং জিয়াওটং ইউনিভার্সিটির সহকর্মীরা একটি Mn একত্রিত করে চুম্বকের প্রয়োজনীয়তা দূর করেছে₃সীসা জিরকোনেট টাইটানেট (PZT) এর একটি পাইজোইলেকট্রিক স্তর সহ SnC স্তর।

চুম্বক সঙ্গে দূরে করছেন

একটি ধারাবাহিক পরীক্ষায় বর্ণিত হয়েছে অ্যাক্টা ম্যাটেরিয়ালিয়া, দলটি একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রয়োজন ছাড়াই একটি বিপরীত ক্যালোরি প্রভাব পর্যবেক্ষণ করেছে। অর্জিত adiabatic তাপমাত্রা পরিবর্তন Mn এর জন্য পরিমাপ করা প্রায় দ্বিগুণ ছিল₃একটি 3 T চৌম্বক ক্ষেত্রের উপস্থিতিতে SnC।

উপাদানটিতে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করে ক্যালরির প্রভাব পরিলক্ষিত হয়েছিল, যা বিপরীত পিজোইলেক্ট্রিক প্রভাবের মাধ্যমে PZT-তে স্ট্রেন প্ররোচিত করে। স্ট্রেনটি PZT স্তর থেকে Mn এ স্থানান্তরিত হয়₃SnC স্তর, যার ফলে Mn এর চৌম্বক ক্রম পরিবর্তন হয়₃SnC. এর ফলে উপাদানে তাপমাত্রা 0.57 K পর্যন্ত কমে যায়। বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সরানো হলে, তাপমাত্রা একই মান দ্বারা বৃদ্ধি পায়।

উ বলে ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড যে তিনি মাইক্রোইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল সিস্টেম (MEMS) থেকে এই ধারণাটি পেয়েছেন, যা প্রায়শই অ্যাকিউয়েশনের জন্য পাইজোইলেকট্রিকাল উপকরণ ব্যবহার করে। উর মতে, বৈদ্যুতিক-ক্ষেত্রের মধ্যস্থতাকারী স্ট্রেন ব্যবহার করে ব্যয়বহুল এবং বড় চুম্বকের প্রয়োজনীয়তা দূর করতে সাহায্য করতে পারে, একটি আরও দক্ষ এবং টেকসই হিমায়ন ব্যবস্থা তৈরি করতে পারে।

চ্যালেঞ্জিং পরিমাপ

ক্যালোরি প্রভাব পরিমাপ করা হয় তাপমাত্রায় adiabatic পরিবর্তন বা আইসোথার্মাল এনট্রপি পরিবর্তন অনুমান করে। শিল্প এবং গবেষণা উভয় ক্ষেত্রে, তাপমাত্রা পরিবর্তন পছন্দের পদ্ধতি। যদিও এটি খাঁটি বাল্ক উপকরণগুলির জন্য একটি সরল পরীক্ষা, এটি একটি ডিভাইস-ভিত্তিক যৌগিক উপাদানের জন্য করা অত্যন্ত কঠিন যা একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সাপেক্ষে৷

পরিমাপ করতে, উ এবং সহকর্মীরা Mn এর সাথে সংযুক্ত একটি থার্মোকল প্রোব দিয়ে সজ্জিত একটি সিস্টেম ব্যবহার করেছিলেন₃সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রিত চৌম্বক ক্ষেত্র এবং তাপমাত্রা সহ একটি adiabatic পরিবেশে SnC পৃষ্ঠ।

তাদের পরিমাপ ব্যবস্থার নির্ভুলতা মূল্যায়ন করার জন্য, গবেষকরা 275-290 K-এর তাপমাত্রা পরিসরে বেশ কয়েকটি চৌম্বকীয় প্রভাব পরিমাপ করেছেন। তারা 0.03 K-এর তাপমাত্রার পরিবর্তনগুলি নিরীক্ষণ করতে সক্ষম হয়েছিল, তাই সিস্টেমের উচ্চ-রেজোলিউশন তাপমাত্রা ক্ষমতা যাচাই করে।

PZT-তে একটি ভোল্টেজ প্রয়োগ করার সময় একটি diabatic তাপমাত্রা পরিমাপ করার চ্যালেঞ্জের প্রেক্ষিতে উউ বিশ্বাস করেন যে দলের কাজটি তাপমাত্রা পরিবর্তনের সরাসরি পরিমাপের ক্ষেত্রে একটি অগ্রগতি। তিনি যোগ করেন, "তাপমাত্রা পরিমাপের এই পদ্ধতিটি অন্যান্য তাপীয় ইলেকট্রনিক ডিভাইসের জন্য দরকারী হতে পারে।" যাইহোক, উ জোর দিয়ে বলেন যে "ব্যবস্থাটি সম্পূর্ণরূপে adiabatic নয়; এটি তাপের ক্ষতির কারণ হতে পারে, তাই যেকোনো তাপ পরিমাপের জন্য আরও উন্নতি প্রয়োজন”।

আকর্ষণীয় এবং ব্যাখ্যাতীত

দলটি তাপমাত্রা পরিমাপের সময় কিছু খুব আকর্ষণীয় এবং অপ্রত্যাশিত ঘটনাও পর্যবেক্ষণ করেছে। "একটি ইতিবাচক বা নেতিবাচক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হোক না কেন, Mn এর পৃষ্ঠের তাপমাত্রা₃SnC সর্বদা হ্রাস পায়, "উ বলেছেন। গবেষকরা আরও দেখেছেন যে যৌগটিতে একটি চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করে, পৃষ্ঠের তাপমাত্রা Mn₃SnC বৃদ্ধি পায়, যেখানে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা বিপরীতটি করে এবং তাপমাত্রা হ্রাস করে। উ বলেছেন যে দলটি এখনও এই পর্যবেক্ষণগুলি বুঝতে পারে না।

গবেষকরা এখন Mn এর বিপরীত আচরণের পিছনে অন্তর্নিহিত পদার্থবিদ্যা অধ্যয়ন করার লক্ষ্য রাখেন₃চৌম্বক এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অধীনে SnC/PZT। তাপমাত্রা পরিমাপ ব্যবস্থাকে আরও উন্নত করতে, তারা তাপ হ্রাসের সমস্যা সমাধানেরও চেষ্টা করছে।