德州大學開發製冷新技術,解開扭轉纖維就冷卻

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 17 日 19:26 | 分類 尖端科技 follow us in feedly


製冷和空調功能對人們生活來說至關重要,但現行方式得消耗大量電能,為了尋找提高效率的新方法,德州大學 達拉斯分校研究人員開發了一種不尋常的製冷新技術,未來或許會導致新概念冰箱出現。

在刊載於《科學》(Science)期刊的研究,團隊展示他們如何在各種材料應用稱為彈性熱冷卻(elastocaloric cooling)的原理,達到大幅冷卻的效果。

所謂的彈性熱冷卻,指的是橡皮筋在拉伸時加熱,放鬆時再次冷卻的情況,自 1800 年代以來,天然橡膠的這種彈性熱反應就已經為人所知,然而要讓橡皮筋具有較高的冷卻能力,相對必須得釋放極大的彈力。

研究人員發現,彈性熱冷卻似乎也適用於扭曲和旋轉材料的情況,而這種「扭轉熱冷卻」(twistocaloric cooling)的釋放明顯較前者更加容易。

透過採用相反的扭轉和盤繞方向,德州大學達拉斯分校研究人員設計出在拉伸時會冷卻的纖維,並在實驗中實際測試了熱冷卻的效果。

在測試中,研究人員拉長橡膠纖維並將其極度扭轉,接著通過迅速釋放捲曲,他們發現橡膠表面溫度可以迅速冷卻達 15.5°C,當同時釋放扭轉和拉伸時,冷卻效果還能增加至 16.4°C。

不僅僅是橡膠,這種麻花瓣式的效果也可以作用於釣魚線和鎳鈦絲等材料。釋放盤繞釣魚線的拉伸部分,能夠產生 5.1°C 的最大表面冷卻,鎳鈦合金的情況更好,解開鋼絲可實現 17°C 的最大冷卻。

透過一次鬆開一束線束,這種降溫效果甚至還能再往上提升;舉例來說,當一次鬆開 4 根鎳鈦合金絲時,表面冷卻溫度可以提升至 20.8°C。

不僅僅是材料本身的表面,這種效果也可以用來冷卻鄰近的物質,研究人員將 3 根鎳鈦電線放置在製造的設備中,在內部解開線束時,水流冷卻最高可至 7.7°C。

透過在纖維上塗覆熱變色塗料,可以監控材料的應變和扭曲。除此之外,研究人員也相信,只要進一步的扭轉和扭轉釋放循環,更好的冷卻效果是有機會實現的。這項技術為大、小型應用都提供了很多挑戰和機遇,儘管還有一些障礙需要跨越,但未來使用這種技術冷卻的設備很有可能會出現。

(首圖來源:pixabay