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公司新闻
“扭热制冷”能否带来更高效的冰箱?

  得克萨斯大学达拉斯分校和南开大学配合讨论团队察觉了一种基于加捻息争捻的制冷新技巧,为怎么创设愈加高效的电冰箱供给了新的思绪。

  图为遮盖了热致变色涂层的自然橡胶。当橡胶纤维加捻时温度上升(图中黄色一面),达到室温后,纤维解捻,温度随之低浸(图中棕色)。图片来历:University of Texas at Dallas

  由美邦得克萨斯大学达拉斯分校(The University of Texas at Dallas)和南开大学的讨论职员带领的邦际团队察觉了一种基于加捻息争捻的制冷新技巧。

  正在 10 月 11 日出书的《科学》(Science)杂志上公告的一项讨论中,他们用种种原料演示了基于旋转的制冷,应用的原料蕴涵自然橡胶、广泛垂纶线和镍钛丝。

  “咱们的团队一经通过转折纤维的捻度展现了咱们所说的‘扭热制冷’(twistocaloric cooling)。咱们把用旋转动化来制冷的冷却器称为‘扭热冰箱’,”得克萨斯大学达拉斯分校的 Alan G. MacDiarmid 纳米技巧讨论所所长Ray Baughman博士说。Baughman 和南开大学药学院药物化学生物学邦度要点试验室的教育刘遵峰博士同为该讨论的通信作家。

  按照邦际制冷学会(International Institute of Refrigeration)的数据,制冷和空调花费了环球约 20% 的电能。古代冰箱还会开释出明显加剧环球变暖的气体。跟着消费的继续增加,尤其是因为发扬中邦度需求的继续增加,讨论职员正正在讨论代替制冷技巧,以进步制冷效用,同时低落本钱并缩小体积。

  拉伸橡皮筋会使橡胶升温,开释橡皮筋会使其降温:这个经过称为弹性冷却(elastocaloric cooling)。其他用于冷却的固体物质还蕴涵电热和磁热原料,它们永别通过电场和磁场的变动来举行冷却。

  “自然橡胶的这种弹性热举动自 19 世纪初期就已为人所知。然则,要使橡皮筋具有较高的冷却才智,就务必开释很大的弹力,”Baughman 说,“通过旋转热量冷却,咱们察觉咱们要做的仅仅是开释旋转。”

  Baughman的讨论团队先前开拓出了对众种纤维加捻制成的人制肌肉,这些纤维原料蕴涵碳纳米管纱线、广泛尼龙线和聚乙烯垂纶线等。

  正在这回的处事中,科学家们拉伸了橡胶纤维,然后将它们扭曲,直到天生螺旋,最终造成超螺旋。神速解捻导致轮廓温度冷却 15.5 摄氏度。同时解捻和缩小会发生更大的冷却幅度,抵达 16.4 摄氏度。

  旋转冷却也合用于垂纶线。讨论职员将扭绞线插入非弹性鸠集物垂纶线中,直到造成线圈。拉伸盘绕的纤维会发生热量,而开释纤维最众可发生 5.1 摄氏度的轮廓冷却。

  “通过应用相反的加捻和螺旋宗旨,咱们计划出了正在拉伸时会冷却的纤维,”自然科学与数学学院 Robert A. Welch 精采化学教育 Baughman 说,“这利害常不寻常的举动,由于广泛原料正在拉伸时会发烧。”

  为了讨论垂纶线冷却效应的来历,讨论职员应用了 X 射线衍射,以懂得通过拉伸盘绕的纤维来转折捻度时,分子秤谌上爆发了什么。

  刘遵峰说:“咱们察觉,螺旋构造的纤维拉伸后,其低熵态构造一面转动为高熵态。这种相变会导致旋转冷却。”

  通过对镍钛合金丝举行解捻也可告终大的可逆冷却。对单根镍钛合金丝解捻时,查察到的最大轮廓冷却温度为 17 摄氏度。对四根镍钛合金丝解捻以至能发生 20.8 摄氏度的降温成效。

  讨论职员将一根三股镍钛合金丝安插正在他们创设的原型筑立中,该筑立正在解捻时可能将水流冷却最众 7.7 摄氏度。刘遵峰说:“通过众个加捻息争捻轮回,可能告终更大的冷却幅度。”

  正在另一组试验中,他们对分别类型的纤维涂覆了热致变色涂料,正在纤维加捻或解捻的经过中,可能查察到涂料随温度变动而转折颜色。这种纤维可用于创设对应变和捻度的长途可读传感器,以及用于装束变色纺织品。

  “从这些最初的察觉,到告终种种大型或小型的‘扭热冰箱’的贸易化,这条途上存正在很众离间和时机。”Baughman 说,“潜正在的离间蕴涵须要修正筑立和原料,让它们的轮回寿命可以知足实践行使需求,并通过接收一面输入的呆板能来进步效用。潜正在的机遇蕴涵除应用贸易化的现有原料,进一步优化‘捻热制冷’原料,获取最佳的功能。”