Ledien jäähtymisen tutkimiseen miljoonarahoitus
Viisivuotinen rahoitus on kaksi miljoonaa euroa. Työ voi parhaimmillaan johtaa lämpöpumppujen ja jääkaappien mekaanisen jäähdytyksen korvaamiseen huomattavasti ympäristöystävällisemmällä kiinteän olomuodon optisella jäähdytyksellä.
Termofotoniikka tutkii ilmiöitä, joissa valoenergian synnyttämisessä käytetään sekä sähköä että lämpöä. Oksasen tutkimusryhmä on tehnyt uraauurtavaa työtä jäähdytykseen ja lämmönsiirtoon soveltuvien ledirakenteiden parissa. Termofotonisten ilmiöiden hyödyntäminen on mahdollista, kun ledin säteilemät valokvantit saavat energiaa lediin syötetystä sähköstä ja ottavat mukaan myös lämpöä koko järjestelmästä.
- Hyötysuhde on tässä kohtaa hieman harhaanjohtava termi, mutta ledin hyötysuhde voi olla jopa yli sata prosenttia. Jotta tähän päästään, pitää puolijohteen ulkoinen kvanttihyötysuhde saada lähelle ykköstä käyttöjännitteen pysyessä hieman valokvanttien energiaa vastaavaa jännitettä pienempänä. Tätä lähdemme nyt tavoittelemaan.
Tutkimuksessa edetään laskennallisten mallien kautta uusien puolijohderakenteiden valmistamiseen Micronovan puhdastiloissa. Päätavoitteena on kokeellisesti osoittaa sähköisesti viritetyn puolijohteen valoemissioon perustuva jäähdytysilmiö.
- Aluksi demonstroimme lämmönsiirtoefektiä suljetuissa rakenteissa, joissa on sekä valoa emittoiva osa eli ledi että sitä absorboiva osa, kuten aurinkokenno. Ideana on kasvattaa valon emissiota eli ledin kvanttihyötysuhdetta.
Optinen jäähdytys Peltier-elementtien tilalle
Pidemmällä tähtäimellä tavoitteena on korvata termosähköiseen jäähdytykseen perustuvat Peltier-elementit optisilla jäähdytysratkaisuilla. Peltier-jäähdytystä käytetään esimerkiksi autojen kylmälaukuissa, mutta sen hyötysuhde on huono.
- Parhaassa tapauksessa optisen jäähdytyksen hyötysuhde voi nousta niin korkeaksi, että se ylittää jääkaappien kompressoreissa ja lämpöpumpuissa käytettävän mekaanisen jäähdytyksen hyötysuhteen. Tämä tietäisi suuria maailmanlaajuisia energiansäästöjä sekä jäähdytyksessä että lämmityksessä. Optiset jäähdytysratkaisut eivät myöskään tarvitse ympäristölle haitallisia kylmäaineita ja voivat olla hyvin kestäviä, koska liikkuvia osia ei ole.
Oksasen tutkimusryhmä toimii Perustieteiden korkeakoulun vuoden alussa aloittaneella Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksella. Pohja ERC-hankkeessa tehtävälle työlle on luotu Aalto-yliopiston MIDE-ohjelman HighLight-projektissa sekä Aallon energiaohjelman MOPPI-projektissa.
äپٴᲹ
Jani Oksanen, tutkija, TkT
Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos
puh.050 512 4374
jani.oksanen@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Arsi Ikäheimosen väitöstutkimus: Älypuhelin voi paljastaa varhaisia merkkejä masennuksesta
Puhelin taskussa, älysormus sormessa ja aktiivisuusranneke ranteessa: arjessa mukana kulkevat laitteet keräävät lähes tauotta tietoa käyttäjästään. Tämä tieto voi auttaa masennusoireiden seurannassa ja ennustamisessa.
Professor Hironori Yoshida: “Machines should adapt to materials, not the other way around”
Professor of Formgiving believes the future of design lies in embracing irregularity rather than eliminating it. His research combines design, AI and robotics.
Rehtori Ilkka Niemelä kertoo, mitä uusi korkeakoulutuksen ja tutkimuksen visio merkitsee Suomelle ja Aallolle
Aallolla on kykyä ja tahtoa toimia suunnannäyttäjänä vision toteuttamisessa.