近日在線出版的《科學(xué)》(Science)雜志，介紹了中國南開大學(xué)與美國得克薩斯州立大學(xué)達(dá)拉斯分校的聯(lián)合科研成果：柔性制冷新策略——“扭熱制冷”。這種新型制冷技術(shù)，為制冷領(lǐng)域擴(kuò)充了一個(gè)新的板塊，這將為降低制冷領(lǐng)域能源損耗提供一種新的途徑。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)來自南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、藥學(xué)院、功能高分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉遵峰教授團(tuán)隊(duì)與美國得克薩斯州立大學(xué)達(dá)拉斯分校教授、南開大學(xué)楊石先講座教授雷·鮑曼(Ray H.Baughman)團(tuán)隊(duì)的合作研究。劉遵峰、雷·鮑曼為論文共同通訊作者，南開大學(xué)為論文第一單位。
他們發(fā)現(xiàn)，改變纖維內(nèi)部的捻度可以實(shí)現(xiàn)降溫。由于制冷效率更高、體積更小且適用于天然橡膠、釣魚線以及鎳鈦合金等多種普通材料，基于這種方法制成的“扭熱冰箱”也變得前景可期。
根據(jù)國際制冷研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上使用空調(diào)和冰箱制冷消耗的電能約占全球電能損耗的20%。如今被廣泛應(yīng)用的空氣壓縮原理制冷，其卡諾效率一般低于60%。傳統(tǒng)的冰箱在制冷過程釋放出的氣體正在加劇地球變暖。隨著人類對(duì)制冷需求的增加，探索新型制冷理論和方案，進(jìn)一步提高制冷效率，降低成本并減小制冷設(shè)備的尺寸，成為當(dāng)務(wù)之急。
橡皮筋拉伸會(huì)發(fā)熱，縮回后溫度會(huì)降低，這種現(xiàn)象叫“彈熱制冷”。其他固態(tài)制冷技術(shù)還包括電熱制冷、磁熱制冷以及鎳鈦合金形狀記憶材料等新型方案。但是，這些制冷技術(shù)的卡諾效率均未超過空氣壓縮制冷技術(shù)。
通過“扭熱制冷”技術(shù)，人們只需要解捻就可以使卡諾效率達(dá)到67%。這意味著，通過使用橡膠、釣魚線等普通材料進(jìn)行制冷，有望獲得更高卡諾效率，從而節(jié)省更多電能，降低制冷成本。
“有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)，‘扭熱制冷’方案也適用于釣魚線、紡織線。之前，人們并沒有意識(shí)到這些普通的材料可以用來進(jìn)行制冷。”劉遵峰說。研究人員還發(fā)現(xiàn)，將“扭熱制冷”技術(shù)應(yīng)用于強(qiáng)度更大、傳熱更快的鎳鈦形狀記憶合金時(shí)，制冷效果更佳，且只需要加入較低的捻度，就會(huì)獲得比較大的降溫。
“這些初步的發(fā)現(xiàn)，距離‘扭熱冰箱’的商業(yè)化依然有很長(zhǎng)的路要走，也存在很多機(jī)遇與挑戰(zhàn)”，雷·鮑曼說，“這些挑戰(zhàn)包括開發(fā)新型的器件與材料以提高循環(huán)使用壽命，合理利用輸入功以提高效率。潛在的機(jī)遇包括，除使用商業(yè)化的現(xiàn)有材料，進(jìn)一步優(yōu)化‘扭熱制冷’材料，獲得最佳性能。”
據(jù)了解，清華大學(xué)、武漢大學(xué)、佐治亞南方大學(xué)、清華大學(xué)深圳國際研究生院、林德科(美國)研究中心、巴西坎皮納斯州立大學(xué)、天津理工大學(xué)、遼寧科技大學(xué)、中國藥科大學(xué)等單位參與了此項(xiàng)研究。
