愈加高效、节能、绿色、便携的制冷形式是人类不懈探寻的方向。近日，在线出版的《科学》（Science）杂志刊文，报导了中美科学家结合探讨团队发觉的一个柔性制冷新战略——“扭热制冷”。探讨团队发觉，改变纤维里面的捻度可行实现降温。源于制冷效能更高、空间更小且适用于多个平凡资料，鉴于该技艺制成的“扭热冰箱”也变得前景可期。

这项效果来源于南开大学药物化弟子物学国度要点实验室、药学院、功效高分子教导部要点实验室刘遵峰教授团队与美国德克萨斯州立大学达拉斯分校教授、南开大学杨石先讲座教授雷·鲍曼（Ray H.Baughman）团队的合作探讨。

下降温度一“扭”就行

依据世界制冷探讨机构的数据统算，日前全球上运用空调和冰箱制冷消耗的电能约占全世界电能损失的20%。现在被广大利用的空气紧缩原理制冷，其卡诺效能通常低于60%，惯例冰箱制冷进程解放出的气体正好加重地球变暖。随着人类对制冷要求的增添，探寻新款制冷理论和方案，进一步提升制冷效能，下降本钱并减小制冷设施的大小，成为当务之急。

天然橡胶延伸会发热，缩回后温度会下降，这类景象叫“弹热制冷”，早在19世纪早期就曾经被发觉。可是，要获得较没有问题制冷成果，须要预先将橡胶延伸至本身长度的6到7倍，接下来缩回去。这意指的制冷须要相当大的空间。况且，日前“弹热制冷”的卡诺效能相比低，平常唯有约32%。

而经过“扭热制冷”技艺，探讨人士将纤维状的橡胶弹性体拉长一倍（100%应变），以后把两端固定，从一端旋转加捻，使其造成一个超螺旋构造。随后迅速解捻，橡胶纤维的温度下降15.5摄氏度。

“这一结果超出运用‘弹热制冷’技艺的降温：拉长7倍的橡胶收缩降温为12.2摄氏度。而假如既把橡胶加捻又伸长，接下来同一时间解放，该‘扭热制冷’降温可达16.4摄氏度。”刘遵峰说，得到相同降温成果的概况下，“扭热制冷”的橡胶空间仅为“弹热制冷”橡胶的七分之二，其卡诺效能却可达67%，远超出空气紧缩原理制冷。

钓鱼线、纺织线也能制冷

探讨人士推荐，橡胶作为“扭热制冷”资料，另有好多体积可行改良。例如，橡胶质地较软，须要捻好多圈才能得到相比显著的降温，其传热速度较慢，还须要考量资料的来回运用、耐久性等难题。因而，探寻其它“扭热制冷”资料成为探讨团队的一种要紧突破方向。

“有趣的是，咱们发觉，‘扭热制冷’方案也适用于钓鱼线、纺织线。此前，大家并未意识到这点平凡的资料可行用以发展制冷。”刘遵峰说。

探讨人士先将这点刚性高分子纤维加捻并造成螺旋构造。延伸该螺旋可行升温，螺旋缩回后温度下降。

实验发觉，运用“扭热制冷”技艺，聚乙烯编织线可行发生5.1摄氏度的降温，而干脆延伸并解放该资料却差不多观看不到温度浮动。“这类聚乙烯纤维的‘扭热制冷’原理是在延伸—收缩进程中，螺旋里面捻度下降，从而导致能量的浮动。”刘遵峰说，这点相比刚硬的资料，比橡胶纤维更为耐久，况且在延伸很短的概况下，降温幅度也超越橡胶。

探讨人士还发觉，将“扭热制冷”技艺利用于强度很大、传热更快的镍钛形状回想合金时，制冷成果更佳，且只要较轻的捻度，就会得到相比大的降温。

比如将四根镍钛合金丝放到一同加捻，解捻后第一大降温可达20.8摄氏度，全体平均降温也可达到18.2摄氏度。“这要略超出运用‘弹热制冷’技艺得到的17.0摄氏度降温。一种制冷周期，只要要30秒左右。”刘遵峰说。

新技艺未来可用于冰箱

鉴于“扭热制冷”技艺，探讨人士制作了一种冰箱模子，可对流动的水发展降温。它们运用三根镍钛合金丝作为制冷资料，每cm旋转0.87圈，可行得到7.7摄氏度的降温。

“这项发觉距离‘扭热冰箱’的商业化依旧有很长的路要走，机缘与挑战并存。”雷·鲍曼说。刘遵峰以为，该探讨发觉的这类新款制冷技艺，为制冷范畴扩充了一种新的板块。将为下降制冷范畴燃料损失提供一个新的门径。

“扭热制冷”中的此外一种特殊景象是纤维不同部位表现不同的温度，这是源于纤维加捻发生的螺旋沿纤维长度方向的周期性分布所致。探讨人士将镍钛合金丝外表涂上热致变色涂料，可行制成“扭热制冷”变色纤维。在加捻和解捻的进程中，该纤维会产生可逆的颜色浮动。“它可用作新款传感元件，对纤维捻度发展远程光学测量。例如，经过运用肉眼观看颜色的浮动，就能晓得远处的资料转了几圈，这是一个十分简易的传感器。”刘遵峰说，鉴于“扭热制冷”原理，少许纤维也可用于智能变色织物。

来自：?科技日报

作者：陈曦? 吴军辉

编辑：陈晨