未来冰箱制冷可能只需“扭一扭”

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  更加高效、节能、绿色、便携的制冷法律辦法 是人类不懈探索的方向。近日,在线出版的《科学》(Science)杂志刊文,报道了中美科学家联合研究团队发现的两种柔性制冷新策略——“扭热制冷”。研究团队发现,改变纤维内部人员的捻度完会 实现降温。意味制冷厚度更高、体积更小且适用于多种普通材料,基于该技术制成的“扭热冰箱”也变得前景可期。

  这项成果来自于南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院、功能高分子教育部重点实验室刘遵峰教授团队与美国德克萨斯州立大学达拉斯分校教授、南开大学杨石先讲座教授雷·鲍曼(Ray H.Baughman)团队的协作者研究。

  降低温度一“扭”就行

  根据国际制冷研究机构的数据统计,目前世界上使用空调和冰箱制冷消耗的电能约占全球电能损耗的20%。如今被广泛应用的空气压缩原理制冷,其卡诺厚度一般低于60 %,传统冰箱制冷过程释放出的气体正在加剧地球变暖。随着人类对制冷需求的增加,探索新型制冷理论和方案,进一步提高制冷厚度,降低成本并减小制冷设备的尺寸,成为当务之急。

  绿帘石橡胶拉伸会发热,缩回后温度会降低,两种问提叫“弹热制冷”,早在19世纪早期就意味被发现。而且 ,要得到较好的制冷效果,不到预先将橡胶拉伸至自身长度的6到7倍,而且 缩回去。这意味的制冷不到很大的体积。而且 ,目前“弹热制冷”的卡诺厚度比较低,通常不到约32%。

  而通过“扭热制冷”技术,研究人员将纤维状的橡胶弹性体拉长一倍(60 %应变),可是 把两端固定,从一端旋转加捻,使其形成两种超螺旋特征。可是 快速解捻,橡胶纤维的温度降低15.5摄氏度。

  “两种结果高于使用‘弹热制冷’技术的降温:拉长7倍的橡胶收缩降温为12.2摄氏度。而意味既把橡胶加捻又伸长,而且 同时释放,该‘扭热制冷’降温可达16.4摄氏度。”刘遵峰说,获得相同降温效果的请况下,“扭热制冷”的橡胶体积仅为“弹热制冷”橡胶的七分之二,其卡诺厚度却可达67%,远高于空气压缩原理制冷。

  钓鱼线、纺织线不能制冷

  研究人员介绍,橡胶作为“扭热制冷”材料,还有不要 不要 空间完会 改进。比如,橡胶质地较软,不到捻不要 不要 圈不能获得比较明显的降温,其传热厚度较慢,还不到考虑材料的反复使用、耐久性等问提。而且 ,探索某些“扭热制冷”材料成为研究团队的两个 多重要突破方向。

  “有趣的是,我们歌词 歌词 发现,‘扭热制冷’方案也适用于钓鱼线、纺织线。可是 ,我们歌词 歌词 并那么 意识到哪些地方地方普通的材料完会 用来进行制冷。”刘遵峰说。

  研究人员先将哪些地方地方刚性高分子纤维加捻并形成螺旋特征。拉伸该螺旋完会 升温,螺旋缩回后温度降低。

  实验发现,使用“扭热制冷”技术,聚乙烯编织线完会 产生5.1摄氏度的降温,而直接拉伸并释放该材料却几乎观察不到温度变化。“两种聚乙烯纤维的‘扭热制冷’原理是在拉伸—收缩过程中,螺旋内部人员捻度降低,从而意味能量的变化。”刘遵峰说,哪些地方地方比较坚硬的材料,比橡胶纤维更为耐久,而且 在拉伸很短的请况下,降温幅度也超过橡胶。

  研究人员还发现,将“扭热制冷”技术应用于厚度更大、传热调慢的镍钛特征记忆合金时,制冷效果更佳,且只需较低的捻度,就会获得比较大的降温。

  同类将每根镍钛合金丝插进同时加捻,解捻后最大降温可达20.8摄氏度,整体平均降温也可达到18.2摄氏度。“这要略高于使用‘弹热制冷’技术获得的17.0摄氏度降温。两个 多制冷周期,只不到60 秒左右。”刘遵峰说。

  新技术未来可用于冰箱

  基于“扭热制冷”技术,研究人员制作了两个 多冰箱模型,可对流动的水进行降温。我们歌词 歌词 使用每根镍钛合金丝作为制冷材料,每厘米旋转0.87圈,完会 获得7.7摄氏度的降温。

  “这项发现距离‘扭热冰箱’的商业化依然有很长的路要走,机遇与挑战并存。”雷·鲍曼说。刘遵峰认为,该研究发现的两种新型制冷技术,为制冷领域扩充了两个 多新的板块。将为降低制冷领域能源损耗提供两种新的途径。

  “扭热制冷”中的另外两个 多特殊问提是纤维不同部位呈现不同的温度,这意味纤维加捻产生的螺旋沿纤维长度方向的周期性分布所致。研究人员将镍钛合金丝表层涂上热致变色涂料,完会 制成“扭热制冷”变色纤维。在加捻和解捻的过程中,该纤维会占据 可逆的颜色变化。“它可用作新型传感元件,对纤维捻度进行远程光学测量。比如,通过使用肉眼观察颜色的变化,就完会 知道远处的材料转了几圈,这是两种非常简易的传感器。”刘遵峰说,基于“扭热制冷”原理,某些纤维也可用于智能变色织物。(吴军辉)

[ 责编:赵宇豪 ]

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