無論它們是放在您的廚房中還是個人電腦內部，冰箱和其他冷卻裝置通常都很笨重、噪音大且經常耗電。賓夕法尼亞州立大學的一個團隊最近發現，當移除施加的電場時，某些塑膠會顯著冷卻——12攝氏度。如果這項技術可行，由此產生的固態冷卻器可以高效且安靜地消除熱量，例如來自整合電路板的熱量，從而實現更小、更快的計算機。
工程師們早就知道所謂的電卡物質，當外部電場撤除時，它們的溫度會下降，但冷卻量要麼在實際溫度下太小，要麼發生在太高的溫度下而無法使用。例如，有效的晶片冷卻需要比典型工作溫度（約 85 攝氏度）至少降低 10 攝氏度，位於加利福尼亞州聖克拉拉的微電子行業市場研究公司 VLSI Research 的執行長 G. Dan Hutcheson 說。計算機通常需要散熱器、散熱片、風扇、熱管甚至液基熱泵來排出多餘的熱量。
領導該團隊的賓夕法尼亞州立大學電氣工程師張啟明表示，如果成功，這項新技術應該是緊湊的，並且至少比傳統的冷卻技術節能 10 倍。該小組發現，當在低至 55 攝氏度的環境溫度下用 120 伏電壓照射時，微米厚的聚偏二氟乙烯共聚物薄膜（聚偏二氟乙烯三氟乙烯）會升溫 12 攝氏度。這種升溫比該溫度範圍內的其他電卡材料（主要是陶瓷）提高了數量級。
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張教授過去曾研究過在電場下改變形狀的塑膠“人造肌肉”，他說多年前他就“開始思考將冰融化成水，這是冷卻物體最有效的方法之一”。這種效應基於相變，其中有序系統（固體冰）轉變為無序系統（液態水）。隨著時間的推移，科學家們發現了幾種有希望的聚合物，其中施加的電壓會導致原子或分子對齊，從而產生更大的有序性。
張教授報告說，電卡材料由長分子鏈組成，一端帶正電荷，另一端帶負電荷。這些偶極鏈可以自由移動，通常是隨機定向的。但他表示，“當您施加電場時，偶極子會傾向於旋轉，直到它們與電場對齊。” 從熱力學角度來看，這種分子有序性降低了系統的熵，因此係統透過升溫來補償，這是能量守恆的結果。當電場斷開時，鏈會隨機化，聚合物會冷卻。相比之下，電卡陶瓷的剛性微觀結構“只能移動一點點”，張教授指出，這解釋了它們微弱的溫度響應。聚合物還可以吸收七倍於陶瓷的熱量。
在理想的固態冰箱中，冷卻迴圈從聚合物與被冷卻物體之間的接觸斷開時開始，從而熱隔離聚合物。施加的電場導致聚合物的溫度升高。然後將其與散熱器進行短暫的熱接觸，散熱器吸收聚合物所具有的任何熱量和熵。接下來，聚合物與散熱器隔離；然後降低電場，這會降低聚合物的溫度，使其能夠再次冷卻目標物體。
一個可行的系統尤其可能對計算機行業有利。英特爾公司位於俄勒岡州希爾斯伯勒的高階電源/熱工程師 Benson Inkley 評論說，矽晶片的執行溫度高於獲得最佳效能所需的溫度。Inkley 表示，使用電卡塑膠進行冷卻提供了有趣的可能性：“想象一下用一層聚合物覆蓋整個電路板，實際上形成一個冷卻毯。”
但張教授強調，他的聚合物尚不實用。一個缺點是它需要 120 伏電壓，遠高於行動式裝置中可用的幾伏電壓。
然而，他仍然保持樂觀，並認為這種方法可以擴充套件到微電子領域之外。基於聚合物的更大冰箱的開發取決於找到在相鄰溫度範圍內表現出這種效應的各種其他物質。這樣，正確的組合可以作為“溫度階梯”執行，逐步排出熱量。張教授說：“這可能是開發電場冰箱的第一步”——一種沒有笨重的線圈或嘈雜的壓縮機的冰箱。有一天，冷卻野餐冰桶可能意味著撥動開關，而不是裝滿冰塊。
用晶體冷卻
賓夕法尼亞州立大學工程師張啟明表示，其他移動偶極分子可能提供優於聚偏二氟乙烯共聚物的固態冷卻。尤其有希望的是在平板液晶顯示器 (LCD) 上形成影像的分子。液晶包含棒狀偶極子，這些偶極子與電場對齊，並在移除電場時恢復到其原始排列。張教授目前尚不確定棒末端的電荷是否會對施加的電場產生足夠強的響應。
注意：這篇文章最初以標題“塑膠冷卻器”印刷。