新技術 CHESS 固態降溫系統,不需要壓縮機與冷媒

作者 | 發布日期 2025 年 10 月 02 日 8:10 | 分類 尖端科技 , 材料 , 零組件 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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新技術 CHESS 固態降溫系統,不需要壓縮機與冷媒

現代人生活,無論冷氣、冰箱,公司電腦伺服器或高階醫療儀器設備等,都有用到散熱冷卻技術。但傳統壓縮機體積龐大又耗電,不環保的冷媒傷害環境,缺點不少。近年「固態熱電冷卻」(thermoelectric cooling)是被寄予厚望的新散熱技術。但以往熱電材料效率有限,遲遲無法真正取代壓縮機,最近終於有突破性進展。

固態熱電冷卻是用「帕爾帖效應」(Peltier effect):電流通過兩種材料接點時,會產生吸熱或放熱現象,使溫度升降,能讓系統直接將電能轉成冷卻效果,不需壓縮機或冷媒,冷卻系統可更安靜緊湊,又更環保。

十年磨一劍:CHESS 奈米薄膜誕生

最近美國約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)應用物理實驗室(Applied Physics Laboratory)與三星研究所(Samsung Research)合作十年後,終於研發出 CHESS(controlled hierarchically engineered superlattice structures)全新奈米薄膜材料,大幅提升固態熱電冷卻效能,帶來嶄新可能性。論文發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

CHESS 薄膜的奈米結構設計,使電子更有效率傳導,並抑制不必要熱傳遞。故 CHESS 薄膜能更有效將電能轉成冷卻效果。實驗數據顯示,CHESS 薄膜冷卻效率幾乎是市售塊狀熱電材料兩倍。研究員以 CHESS 薄膜為基礎的降溫模組裝進冰箱,結果只需更少電力就達到相同冷卻效果。

團隊指出,CHESS 薄膜應用範圍不限家電,更可推廣至精密機械領域。如義肢(prosthetics)局部冷卻,可減少使用者不適感;或用在人機介面(human–machine interfaces)與精密感測器,可確保系統運作穩定。另 CHESS 系統不需壓縮機或風扇,體積小、噪音低,甚至可和現代半導體製程相容,將來或許能直接內建晶片或電子裝置,實現晶片「自我冷卻」願景。

CHESS 固態散熱:為永續的未來降溫

CHESS 問世,不僅是冷卻方法革新,也為降低能源消耗與碳排放開啟新契機,對資料中心、醫療機構、航太工業等高耗能產業影響更深遠。想像之後伺服器機房不再需要傳統空調系統,而是內建 CHESS 固態散熱就能降溫,全球能源需求和碳足跡都有機會大幅削減。

總結 CHESS 薄膜問世,代表固態熱電冷卻突破瓶頸,從理論朝大規模實際應用邁進。雖然未來仍需在生產成本、耐久性與大規模製造等環節克服挑戰,但已是迎接「固態冷卻時代」的重要里程碑。有朝一日,這項技術不再只是科技新聞,而是能影響日常生活的實際應用,冰箱更省電安靜,電腦與手機不再因過熱降速,醫療裝置也更安全舒適。更重要的是,有助減少能源消耗與碳排放,推動低碳永續的社會。

(首圖來源:Johns Hopkins APL / Ed Whitman)

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