碳纳米管制冷器在宽温域内的高性能表现

Tatiana Naomi Yamamoto Silva; Alexandre F. Fonseca

doi:10.1103/PhysRevB.106.165413

碳纳米管制冷器在宽温域内的高性能表现

介观与纳米尺度物理 2022-10-14 v1 应用物理

作者: Tatiana Naomi Yamamoto Silva , Alexandre F. Fonseca

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摘要

温室气体压缩仍在制冷设备市场中占主导地位。尽管该技术成熟且高效，但其既对环境不安全，也无法缩小至纳米尺度。为克服这些局限，人们正在开发固态冷却技术，包括在纳米尺度的研究。其中，所谓的弹热效应(eC)是指材料在应变变形下的热响应 $\Delta T$ 。本文给出了碳纳米管(CNTs)中eC在宽温域内的全原子分子动力学模拟。通过模拟CNTs在类奥托热力学循环(两次绝热膨胀/收缩加两次等容热交换过程)的制冷机模型中的eC，研究了CNTs作为固态制冷器的效率，该模型工作温度 $T_\mbox{O}$ 范围从300到2000 K。针对每个 $T_\mbox{O}$ 值，计算了性能系数(COP)，其定义为每个热力学循环系统从冷区移除的热量与系统所做总功之比。我们的结果显示 $\Delta T$ 对 $T_\mbox{O}$ 呈非线性依赖，在 $T_\mbox{O}$ 介于500和600 K之间时达到约30 K的最小值，随后增长并在高温下收敛为对 $T_\mbox{O}$ 的线性依赖。CNTs的COP显示为保持大致相同且约等于8。这些结果对CNT直径和手性弱依赖，而与长度无关。还估算了CNTs因eC引起的等温熵变，并显示其对 $T_\mbox{O}$ 值非线性依赖。这些结果预测CNTs可被视为能在宽温域内高效工作的多功能纳米级固态制冷器。

关键词

碳纳米管弹热效应固态制冷分子动力学性能系数热力学循环纳米级冷却

引用

@article{arxiv.2206.13604,
  title  = {High performance of carbon nanotube refrigerators over a large temperature span},
  author = {Tatiana Naomi Yamamoto Silva and Alexandre F. Fonseca},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2206.13604},
  year   = {2022}
}

备注

4 figures, 5 tables plus 4 figures in suppl. materials

碳纳米管制冷器在宽温域内的高性能表现

摘要

关键词

引用

备注

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