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中美科學家團隊研獲新型柔性制冷方式

2019-10-16 科技日報 陳建強 劉茜 吳軍輝
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  近日在線出版的《科學》(Science)雜志,介紹了中國南開大學與美國得克薩斯州立大學達拉斯分校的聯合科研成果:柔性制冷新策略——“扭熱制冷”。這種新型制冷技術,為制冷領域擴充了一個新的板塊,這將為降低制冷領域能源損耗提供一種新的途徑。

  這項發現來自南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、藥學院、功能高分子教育部重點實驗室劉遵峰教授團隊與美國得克薩斯州立大學達拉斯分校教授、南開大學楊石先講座教授雷·鮑曼(Ray H.Baughman)團隊的合作研究。劉遵峰、雷·鮑曼為論文共同通訊作者,南開大學為論文第一單位。

  他們發現,改變纖維內部的捻度可以實現降溫。由于制冷效率更高、體積更小且適用于天然橡膠、釣魚線以及鎳鈦合金等多種普通材料,基于這種方法制成的“扭熱冰箱”也變得前景可期。

  根據國際制冷研究機構的數據統計,目前世界上使用空調和冰箱制冷消耗的電能約占全球電能損耗的20%。如今被廣泛應用的空氣壓縮原理制冷,其卡諾效率一般低于60%。傳統的冰箱在制冷過程釋放出的氣體正在加劇地球變暖。隨著人類對制冷需求的增加,探索新型制冷理論和方案,進一步提高制冷效率,降低成本并減小制冷設備的尺寸,成為當務之急。

  橡皮筋拉伸會發熱,縮回后溫度會降低,這種現象叫“彈熱制冷”。其他固態制冷技術還包括電熱制冷、磁熱制冷以及鎳鈦合金形狀記憶材料等新型方案。但是,這些制冷技術的卡諾效率均未超過空氣壓縮制冷技術。

  通過“扭熱制冷”技術,人們只需要解捻就可以使卡諾效率達到67%。這意味著,通過使用橡膠、釣魚線等普通材料進行制冷,有望獲得更高卡諾效率,從而節省更多電能,降低制冷成本。

  “有趣的是,我們發現,‘扭熱制冷’方案也適用于釣魚線、紡織線。之前,人們并沒有意識到這些普通的材料可以用來進行制冷。”劉遵峰說。研究人員還發現,將“扭熱制冷”技術應用于強度更大、傳熱更快的鎳鈦形狀記憶合金時,制冷效果更佳,且只需要加入較低的捻度,就會獲得比較大的降溫。

  “這些初步的發現,距離‘扭熱冰箱’的商業化依然有很長的路要走,也存在很多機遇與挑戰”,雷·鮑曼說,“這些挑戰包括開發新型的器件與材料以提高循環使用壽命,合理利用輸入功以提高效率。潛在的機遇包括,除使用商業化的現有材料,進一步優化‘扭熱制冷’材料,獲得最佳性能。”

  據了解,清華大學、武漢大學、佐治亞南方大學、清華大學深圳國際研究生院、林德科(美國)研究中心、巴西坎皮納斯州立大學、天津理工大學、遼寧科技大學、中國藥科大學等單位參與了此項研究。

打印 責任編輯:侯茜

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