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伸长和加捻后的结构在快速释放中降温

2020-06-20 12:03

据介绍,目前空调和冰箱制冷消耗全球约20%的电能,需求还将继续增加,这将进一步加剧地球温室效应。提高制冷效率是科学界亟待解决的问题。

新华社华盛顿10月11日电(记者周舟)中美两国科研团队开发出一种新型柔性制冷方法,使用橡胶、鱼线和镍钛合金等材料像“扭麻花”一般实现制冷,有望显著提升热机效率,节省电能并降低制冷成本。

研究人员还在材料表面涂覆上热致变色涂料,使纤维随捻度变化发生可逆的颜色变化,未来有望用于可穿戴设备、可视传感器和智能变色织物等。

论文共同通讯作者、南开大学药学院教授刘遵峰说,传统“弹热制冷”需要将橡皮筋拉长6至7倍再缩回,“扭热制冷”比它的卡诺效率高一倍,且体积更小。

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近日发表在美国《科学》杂志上的研究显示,这种被称为“扭热制冷”的新策略先对纤维加捻,然后通过解捻获得明显降温,其卡诺效率可达67%,超过传统空气压缩制冷不到60%的卡诺效率。卡诺效率是用于衡量热机最大工作效率的指标。

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研究人员据此制作了一个冰箱模型,用3根镍钛合金丝给流动的水降温,解捻每厘米0.87转即可获得7.7摄氏度的降温。

研究团队使用鱼线、纺织线等耐久性更强的刚性高分子材料也实现了制冷效果,且相同形变下的降温效果比橡胶更强。研究还显示,将4根镍钛合金丝加捻并解捻,最大降温点可获得20.8摄氏度的降温,整体平均降温可达18.2摄氏度,一个制冷周期只有30秒左右。

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中国南开大学和美国得克萨斯大学达拉斯分校研究人员领导的团队将纤维状的橡胶弹性体两端固定,一端加捻使其形成类似于dna的超螺旋结构,并将纤维拉长一倍。随后,伸长和加捻后的结构在快速释放中降温,最大降温点可降温16.4摄氏度。