未来冰箱制冷可能只需“扭一扭”-

未来冰箱制冷可能只需“扭一扭”-愈加高效、节能、绿色、便携的制冷方法是人类不懈探究的方向。近来,在线出书的《科学》(Science)杂志刊文,报导了中美科学家联合研讨团队发现的一种柔性制冷新策略——“扭热制冷”。研讨团队发现,改动纤维内部的捻度能够完成降温。因为制冷功率更高、体积更小且适用于多种一般资料,依据该技能制成的“扭热冰箱”

未来冰箱制冷可能只需“扭一扭”-
愈加高效、节能、绿色、便携的制冷方法是人类不懈探究的方向。近来,在线出书的《科学》(Science)杂志刊文,报导了中美科学家联合研讨团队发现的一种柔性制冷新策略——“扭热制冷”。研讨团队发现,改动纤维内部的捻度能够完成降温。因为制冷功率更高、体积更小且适用于多种一般资料,依据该技能制成的“扭热冰箱”也变得远景可期。  这项作用来自于南开大学药物化学生物学国家要点试验室、药学院、功用高分子教育部要点试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)团队的协作研讨。  下降温度一“扭”就行  依据世界制冷研讨机构的数据计算,现在世界上运用空谐和冰箱制冷耗费的电能约占全球电能损耗的20%。现在被广泛应用的空气压缩原理制冷,其卡诺功率一般低于60%,传统冰箱制冷进程开释出的气体正在加重地球变暖。跟着人类对制冷需求的添加,探究新式制冷理论和计划,进一步进步制冷功率,下降成本并减小制冷设备的尺度,成为燃眉之急。  天然橡胶拉伸会发热,缩回后温度会下降,这种现象叫“弹热制冷”,早在19世纪前期就现已被发现。可是,要得到较好的制冷作用,需求预先将橡胶拉伸至本身长度的6到7倍,然后缩回去。这意味的制冷需求很大的体积。并且,现在“弹热制冷”的卡诺功率比较低,一般只有约32%。  而经过“扭热制冷”技能,研讨人员将纤维状的橡胶弹性体拉长一倍(100%应变),之后把两头固定,从一端旋转加捻,使其构成一种超螺旋结构。随后快速解捻,橡胶纤维的温度下降15.5摄氏度。  “这一成果高于运用‘弹热制冷’技能的降温:拉长7倍的橡胶缩短降温为12.2摄氏度。而假如既把橡胶加捻又伸长,然后一同开释,该‘扭热制冷’降温可达16.4摄氏度。”刘遵峰说,取得相同降温作用的情况下,“扭热制冷”的橡胶体积仅为“弹热制冷”橡胶的七分之二,其卡诺功率却可达67%,远高于空气压缩原理制冷。  垂钓线、纺织线也能制冷  研讨人员介绍,橡胶作为“扭热制冷”资料,还有许多空间能够改善。比方,橡胶质地较软,需求捻许多圈才干取得比较显着的降温,其传热速度较慢,还需求考虑资料的重复运用、耐久性等问题。因而,探究其他“扭热制冷”资料成为研讨团队的一个重要打破方向。  “风趣的是,咱们发现,‘扭热制冷’计划也适用于垂钓线、纺织线。之前,人们并没有意识到这些一般的资料能够用来进行制冷。”刘遵峰说。  研讨人员先将这些刚性高分子纤维加捻并构成螺旋结构。拉伸该螺旋能够升温,螺旋缩回后温度下降。  试验发现,运用“扭热制冷”技能,聚乙烯织造线能够发作5.1摄氏度的降温,而直接拉伸并开释该资料却简直调查不到温度改变。“这种聚乙烯纤维的‘扭热制冷’原理是在拉伸—缩短进程中,螺旋内部捻度下降,然后导致能量的改变。”刘遵峰说,这些比较坚固的资料,比橡胶纤维更为耐久,并且在拉伸很短的情况下,降温起伏也超越橡胶。  研讨人员还发现,将“扭热制冷”技能应用于强度更大、传热更快的镍钛形状回忆合金时,制冷作用更佳,且只需较低的捻度,就会取得比较大的降温。  例如将四根镍钛合金丝放在一同加捻,解捻后最大降温可达20.8摄氏度,全体均匀降温也可到达18.2摄氏度。“这要略高于运用‘弹热制冷’技能取得的17.0摄氏度降温。一个制冷周期,只需求30秒左右。”刘遵峰说。  新技能未来可用于冰箱  依据“扭热制冷”技能,研讨人员制作了一个冰箱模型,可对活动的水进行降温。他们运用三根镍钛合金丝作为制冷资料,每厘米旋转0.87圈,能够取得7.7摄氏度的降温。  “这项发现间隔‘扭热冰箱’的商业化仍然有很长的路要走,机会与应战并存。”雷·鲍曼说。刘遵峰以为,该研讨发现的这种新式制冷技能,为制冷范畴扩大了一个新的板块。将为下降制冷范畴动力损耗供给一种新的途径。  “扭热制冷”中的别的一个特别现象是纤维不同部位出现不同的温度,这是因为纤维加捻发作的螺旋沿纤维长度方向的周期性散布所造成的。研讨人员将镍钛合金丝外表涂上热致变色涂料,能够制成“扭热制冷”变色纤维。在加捻宽和捻的进程中,该纤维会发作可逆的色彩改变。“它可用作新式传感元件,对纤维捻度进行长途光学丈量。比方,经过运用肉眼调查色彩的改变,就能够知道远处的资料转了几圈,这是一种十分简易的传感器。”刘遵峰说,依据“扭热制冷”原理,一些纤维也可用于智能变色织物。(陈 曦 通讯员 吴军辉)

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