新技术可能导致“扭转式冰箱”的出现 或能通过解开纤维而冷却

2019年10月15日 16:56 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,尽管冰箱和空调是至关重要的家用电器,但它们会消耗大量电能,这激发了工程师提出提高效率的新方法。为了帮助解决这个问题,研究人员开发了一种不寻常的新技术,该技术可能会导致“扭转式冰箱”的出现,其通过解开扭曲的纤维而冷却。

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新设计基于称为“弹性热冷却”(elastocaloric cooling)的原理。简单来说,橡皮筋在拉伸时能使橡胶的温度升高,然后在释放时再次冷却。研究人员将这种材料称为“扭转热冷却”(twistocaloric cooling),这似乎也适用于扭曲和解旋材料。

该研究的通讯作者Ray Baughman说道:“自19世纪初以来,这种天然橡胶的弹性热效应就已为人所知。但是要使橡皮筋具有较高的冷却能力,您必须释放很大的弹力。使用捻热冷却,我们发现您所要做的就是释放捻度。”

在测试中,研究人员拉长了橡胶纤维,然后将它们扭曲得如此之多,以至于它们被“超螺旋”。他们发现,当快速释放扭转时,他们可以令橡胶表面冷却多达15.5°C。 当他们同时释放扭曲和拉伸时,冷却效果会猛增至16.4°C。

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但是,团队发现,“扭转热冷却”不仅适用于橡胶,还可以作用于鱼线和镍钛丝等材料。释放一条盘绕的鱼线的伸展部分,将表面冷却了5.1°C。镍钛合金的性能更好,通过解开钢丝,可实现17°C的最大冷却。可以通过松开电线束来进一步推动这一点,例如,一捆四根镍钛合金丝将表面冷却至20.8°C。

接下来,研究小组展示了这种效果如何冷却邻近的物质,而不仅仅是材料本身的表面。在设备内部解开三根镍钛丝束,将水流冷却至最高7.7°C。

该团队表示,使用这种技术冷却的设备(他们称为“扭转式冰箱”)将来可能会出现,但在此之前还有很多障碍需要跨越。通过在热变色涂料中涂覆纤维(随温度变化而变色),可以制造传感器来监控材料的应变和扭曲。

Baughman说道:“从这些最初的发现到扭转式冰箱的商业化,为各种大型和小型应用提供了很多挑战和机遇。挑战之一是需要演示精炼的设备和材料,这些设备和材料可通过回收部分输入的机械能来提供以应用为目标的循环寿命和效率。机会则包括使用性能优化的捻热材料,而不是目前研究的少数几种市售候选材料。”

该研究发表在《科学》杂志上。

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