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中美科学家团队研获新型柔性制冷方式

2019-11-23 16:39:35

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资料来源:《光明日报》

近日,在线出版的《科学》杂志介绍了中国南开大学和美国达拉斯德克萨斯大学的联合研究成果:一种新的柔性制冷策略——“扭转热制冷”(Txual Thermal制冷)。这种新的制冷技术为制冷领域拓展了一个新的领域,为降低制冷领域的能耗提供了一种新的途径。

这一发现来自南开大学药学院药物化学与生物学国家重点实验室、功能高分子教育重点实验室刘祖峰教授团队和达拉斯德克萨斯大学教授、南开大学杨石先教授雷·包曼团队的合作研究。刘尊峰和雷·鲍曼是论文的共同作者,南开大学是论文的第一单元。

他们发现改变纤维内部的捻度可以降低温度。由于其制冷效率较高、体积较小,适用于天然橡胶、钓鱼线、镍钛合金等常见材料,用该方法制造的“扭热冰箱”也具有广阔的前景。

根据国际制冷研究所的统计,空调和冰箱制冷消耗的电力约占世界电力消耗的20%。现今广泛使用的空气压缩制冷的卡诺效率通常低于60%。传统冰箱在制冷过程中释放的气体加剧了全球变暖。随着人类对制冷需求的增加,探索新的制冷理论和方案以进一步提高制冷效率、降低成本和减小制冷设备的尺寸已成为当务之急。

收缩后,拉伸橡胶带会升温,温度会降低。这种现象被称为“弹性热冷却”。其他固态制冷技术包括电加热制冷、磁热制冷和NiTi合金形状记忆材料等新方案。然而,这些制冷技术的卡诺效率并没有超过空气压缩制冷技术。

通过“扭热制冷”技术,人们只需解开扭索就能使卡诺效率达到67%。这意味着通过使用橡胶和钓鱼线等普通材料进行制冷,有望获得更高的卡诺效率,从而节省更多电能,降低制冷成本。

“有趣的是,我们发现‘扭转热冷却’方案也适用于钓鱼线和纺织线。以前,人们没有意识到这些普通材料可以用于制冷。”刘尊锋说道。研究人员还发现,当“扭转热制冷”技术应用于强度更高、传热更快的镍钛形状记忆合金时,制冷效果更好,只需较低的扭转即可获得较大的冷却。

雷·鲍曼说:“这些初步发现表明,在‘扭热冰箱’商业化之前,还有很长的路要走,也有许多机遇和挑战。”。“这些挑战包括开发新的设备和材料来提高循环寿命,以及合理使用输入功率来提高效率。潜在的机会包括使用商用材料和进一步优化“扭曲热制冷”材料,以实现最佳性能。”

据悉,清华大学、武汉大学、乔治亚南方大学、清华大学深圳国际研究生院、林德科(美国)研究中心、巴西坎皮纳斯州立大学、天津理工大学、辽宁科技大学、中国药科大学等单位参加了此次研究。(记者吴俊辉,陈建强刘茜记者)

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