全球首台零衰減彈卡製冷機問世

    製冷技術在現代社會不可或缺，但傳統蒸汽壓縮製冷系統不僅高耗能，所使用的製冷劑更會加劇溫室效應和破壞臭氧層。日前，中國香港科技大學的研究團隊成功研發出全球首台零衰減“彈卡”製冷裝置。他們運用抗疲勞固態製冷劑，實現持久且環保的製冷技術，即使循環運行超過一百萬次，仍能保持穩定性能。

    研究人員指出，“彈卡”製冷是一種利用形狀記憶合金應力誘發可逆相變效應的技術，有望取代傳統製冷劑成為綠色新方案，應用前景廣闊；然而受制於製冷性能衰減和長期可靠性不足兩大缺點，一直未獲廣泛使用。現有“彈卡”製冷裝置大多採用商業鎳鈦形狀記憶合金作為製冷劑，但這種材料在長期相變循環過程中容易產生功能疲勞，長期持續使用下，製冷效果會愈來愈差。

    為突破這一瓶頸，研究團隊開發出一種抗疲勞形狀記憶合金，並將其集成於新穎的固態製冷劑結構中。團隊通過結合此新型形狀記憶合金材料、器件設計與系統工程，成功解決了材料功能疲勞和結構可靠性兩大關鍵問題，並開發出嶄新的零衰減“彈卡”製冷裝置，能在長期運行過程中保持穩定製冷能力。

    研究團隊指出，該裝置具有三大特點：一是，抗疲勞形狀記憶合金。研究人員開發了一種四元TiNiCuCo形狀記憶合金，相比傳統NiTi合金，這種材料在反覆相變循環過程中能夠保持穩定的彈卡性能，實現穩定的潛熱釋放和吸收，提供了可靠的固態製冷劑，讓裝置可長期製冷；二是，高可靠性的固態製冷劑結構。團隊設計並構建了雙層翅片式製冷劑結構，在提升換熱效率的同時增強結構的抗屈曲能力，實現超過一千萬次循環壓縮載荷下的超長疲勞壽命；三是，結構緊湊和耐用的器件架構。團隊進一步優化器件整體結構，以降低熱損失並提升系統穩定性。新設計可減少約百分之五十的零部件數量，並將無效結構比例由百分之十五降低至百分之五。

    運用這種新型材料和器件設計，研究團隊構建了由多個製冷單元集成的“彈卡”製冷裝置。此裝置在一百萬次循環運行過程中，仍能保持四百瓦製冷功率和四十一開爾文溫跨的穩定輸出，且性能毫無衰減。TiNiCuCo製冷劑的加速疲勞測試亦顯示，新型材料在一億次循環運行後，性能仍然毫無衰減。如應用於實際場景，預計製冷劑可使用超過十年，仍能保持可靠的性能表現。

    “我們正利用此技術開發一套新的空調系統，未來將繼續提升系統的效能、功率密度和成本競爭力，加速其市場應用，為大眾提供可持續的製冷方案。”研究人員說。

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