香港科技大学工程师利用其弹性热装置树立了制冷领域的新标准，通过使用环保材料，实现了 75 K 的温度升高，并将效率提高了 48%。
机械与航空航天工程学系孙庆平教授（前排左四）、姚树怀教授（前排左三）、机械与航空航天工程学系博士后研究员周国安博士（前排左二）、机械与航空航天工程学系博士生李泽熙（前排左一）以及其他研究团队成员与他们的弹热式空调。图片来源：香港科技大学
香港科技大学的新型冷却装置采用环保材料，温度升高 75 K，效率提高 48%，打破世界纪录。
香港科技大学工程学院的研究人员开发出一种环保型制冷装置，其制冷性能创下纪录。这种新型弹性热制冷技术将效率提升了 48% 以上，为加速这一颠覆性技术的商业化和应对传统制冷系统带来的环境挑战开辟了一条充满希望的道路。
冷却技术的挑战与创新传统的蒸汽压缩制冷技术依赖于具有高全球变暖潜能值的制冷剂。基于形状记忆合金 (SMA) 循环相变潜热的固态弹性热制冷提供了一种环境友好的替代方案，其特点是无温室气体、100% 可回收和节能的 SMA 制冷剂。然而，20 到 50 K 之间的温度升幅相对较小，这是冷却装置将热量从低温源转移到高温散热器的能力的关键性能指标，阻碍了这项新兴技术的商业化。
冷却效率的世界纪录为了克服这一挑战，机械与航空航天工程系孙庆平教授和姚树怀教授领导的研究团队开发了一种由镍钛（NiTi）形状记忆合金制成的多材料级联弹热冷却装置，并打破了冷却性能的世界纪录。
他们选取三种相变温度不同的NiTi合金分别工作在冷端、中间端和热端，通过使各单元的工作温度与相应的相变温度相匹配，将整个装置的超弹温度窗口拓展到100K以上，使每个NiTi单元都工作在最优温度范围内，显著提升了冷却效率。多材料级联弹热冷却装置在水侧实现了75K的升温，打破了此前50.6K的世界纪录。相关研究成果近日发表在《自然·能源》杂志上。
未来前景和环境影响研究团队在开发弹热冷却材料和结构方面取得了成功，并在顶级期刊上发表了多项专利和论文。在此基础上，研究团队计划进一步开发用于零下弹热冷却和高温热泵应用的高性能形状记忆合金和设备。他们将继续优化材料性能，开发高能效制冷系统，推动这项创新技术的商业化。
空间制冷和供暖占全球总电力消耗的20%，据业内估计，预计到2050年将成为全球第二大电力需求来源。
孙教授表示：“未来，随着材料科学和机械工程的不断进步，我们相信弹性热制冷可以提供下一代绿色节能的冷却和加热解决方案，满足全球巨大的制冷市场，解决脱碳和减缓全球变暖的紧迫任务。”
参考文献：“一种用于大温升的多材料级联弹热冷却装置”，作者：周国安、李泽西、王秋红、朱宇翔、彭华、姚树怀和孙清平，2024 年 5 月 23 日，自然能源。DOI：10.1038/s41560-024-01537-3
来源：香港科技大学
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