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德州大学开发製冷新技术,解开扭转纤维就冷却

德州大学开发製冷新技术,解开扭转纤维就冷却

製冷和空调功能对人们生活来说至关重要,但现行方式得消耗大量电能,为了寻找提高效率的新方法,德州大学 达拉斯分校研究人员开发了一种不寻常的製冷新技术,未来或许会导致新概念冰箱出现。

在刊载于《科学》(Science)期刊的研究,团队展示他们如何在各种材料应用称为弹性热冷却(elastocaloric cooling)的原理,达到大幅冷却的效果。

所谓的弹性热冷却,指的是橡皮筋在拉伸时加热,放鬆时再次冷却的情况,自 1800 年代以来,天然橡胶的这种弹性热反应就已经为人所知,然而要让橡皮筋具有较高的冷却能力,相对必须得释放极大的弹力。

研究人员发现,弹性热冷却似乎也适用于扭曲和旋转材料的情况,而这种「扭转热冷却」(twistocaloric cooling)的释放明显较前者更加容易。

透过採用相反的扭转和盘绕方向,德州大学达拉斯分校研究人员设计出在拉伸时会冷却的纤维,并在实验中实际测试了热冷却的效果。

在测试中,研究人员拉长橡胶纤维并将其极度扭转,接着通过迅速释放捲曲,他们发现橡胶表面温度可以迅速冷却达 15.5°C,当同时释放扭转和拉伸时,冷却效果还能增加至 16.4°C。

不仅仅是橡胶,这种麻花瓣式的效果也可以作用于钓鱼线和镍钛丝等材料。释放盘绕钓鱼线的拉伸部分,能够产生 5.1°C 的最大表面冷却,镍钛合金的情况更好,解开钢丝可实现 17°C 的最大冷却。

透过一次鬆开一束线束,这种降温效果甚至还能再往上提升;举例来说,当一次鬆开 4 根镍钛合金丝时,表面冷却温度可以提升至 20.8°C。

不仅仅是材料本身的表面,这种效果也可以用来冷却邻近的物质,研究人员将 3 根镍钛电线放置在製造的设备中,在内部解开线束时,水流冷却最高可至 7.7°C。

透过在纤维上涂覆热变色涂料,可以监控材料的应变和扭曲。除此之外,研究人员也相信,只要进一步的扭转和扭转释放循环,更好的冷却效果是有机会实现的。这项技术为大、小型应用都提供了很多挑战和机遇,儘管还有一些障碍需要跨越,但未来使用这种技术冷却的设备很有可能会出现。



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