En mere effektiv, energibesparende, grøn og bærbar kølemetode er retningen for menneskelig utrættelig udforskning.For nylig rapporterede en onlineartikel i tidsskriftet Science om en ny fleksibel kølestrategi opdaget af et fælles forskerhold af kinesiske og amerikanske videnskabsmænd - "torsionsvarmekøling".Forskerholdet fandt ud af, at ændring af snoet inde i fibrene kan opnå afkøling.På grund af højere køleeffektivitet, mindre størrelse og anvendelighed til forskellige almindelige materialer er "twisted heat refrigerator" lavet baseret på denne teknologi også blevet lovende.
Denne præstation kommer fra den samarbejdsbaserede forskning fra professor Liu Zunfengs team fra State Key Laboratory of Medicinal chemistry Biology, School of Pharmacy og Key Laboratory of Functional Polymer fra Ministeriet for Undervisning ved Nankai University og teamet af Ray H. Baugman , professor ved Texas State University, Dallas Branch, og Yang Shixian, Docent fra Nankai University.
Sænk bare temperaturen og drej den
Ifølge data fra International Refrigeration Research Institute tegner elforbruget til klimaanlæg og køleskabe i verden sig i øjeblikket for omkring 20 % af det globale elforbrug.Det udbredte princip med luftkompressionskøling i dag har generelt en Carnot-effektivitet på mindre end 60 %, og de gasser, der frigives ved traditionelle køleprocesser, forværrer den globale opvarmning.Med den stigende efterspørgsel efter køling fra mennesker er det blevet en presserende opgave at udforske nye køleteorier og -løsninger til yderligere at forbedre køleeffektiviteten, reducere omkostningerne og reducere størrelsen af køleudstyr.
Naturgummi vil generere varme, når det strækkes, men temperaturen vil falde efter tilbagetrækning.Dette fænomen kaldes "elastisk termisk køling", som er blevet opdaget allerede i begyndelsen af det 19. århundrede.For at opnå en god køleeffekt skal gummiet dog forstrækkes til 6-7 gange sin egen længde og derefter trækkes tilbage.Det betyder, at køling kræver et stort volumen.Desuden er den nuværende Carnot-effektivitet af "termisk køling" relativt lav, normalt kun omkring 32%.
Gennem "torsionskøling"-teknologien strakte forskerne den fibrøse gummielastomer to gange (100 % belastning), fikserede derefter begge ender og snoede den fra den ene ende for at danne en Superhelix-struktur.Efterfølgende skete der hurtig afvikling, og gummifibrenes temperatur faldt med 15,5 grader Celsius.
Dette resultat er højere end køleeffekten ved brug af 'elastisk termisk køling'-teknologi: gummiet, der strækkes 7 gange længere, trækker sig sammen og køler ned til 12,2 grader Celsius.Men hvis gummiet vrides og forlænges, og derefter frigives samtidigt, kan den 'torsionelle termiske køling' køle ned til 16,4 grader Celsius.Liu Zunfeng sagde, at under den samme køleeffekt er gummivolumenet af 'torsions termisk køling' kun to tredjedele af det for 'elastisk termisk køling' gummi, og dets Carnot-effektivitet kan nå 67%, langt bedre end luftprincippet kompressionskøling.
Fiskesnøre og tekstilline kan også køles
Forskere har introduceret, at der stadig er meget plads til forbedring af gummi som et "torsionsvarmekølemateriale".For eksempel har gummi en blød tekstur og kræver mange drejninger for at opnå betydelig afkøling.Dens varmeoverførselshastighed er langsom, og spørgsmål som gentagen brug og holdbarhed af materialet skal overvejes.Derfor er udforskning af andre "torsionskølende" materialer blevet en vigtig gennembrudsretning for forskerholdet.
Interessant nok har vi fundet ud af, at "torsionsvarmekøling"-ordningen også kan anvendes til fiskeri og tekstilliner.Tidligere var folk ikke klar over, at disse almindelige materialer kunne bruges til afkøling, "sagde Liu Zunfeng.
Forskerne snoede først disse stive polymerfibre og dannede en spiralformet struktur.Udstrækning af helixen kan hæve temperaturen, men efter tilbagetrækning af helixen falder temperaturen.
Eksperimentet fandt ud af, at ved hjælp af "torsionsvarmekøling"-teknologien kan polyethylen-flettet tråd generere et temperaturfald på 5,1 grader Celsius, mens materialet strækkes direkte og frigives uden næsten ingen temperaturændring observeret.Princippet for 'torsionsvarmeafkøling' af denne type polyethylenfiber er, at under strækningskontraktionsprocessen aftager den indre vridning af helixen, hvilket fører til ændringer i energi.Liu Zunfeng sagde, at disse relativt hårde materialer er mere holdbare end gummifibre, og afkølingshastigheden overstiger gummiets, selv når de er strakt meget kort.
Forskere fandt også ud af, at anvendelse af "torsionsvarmekøling"-teknologien på nikkel-titanium-formhukommelseslegeringer med højere styrke og hurtigere varmeoverførsel resulterer i bedre køleydelse, og kun et lavere vrid er nødvendigt for at opnå en større køleeffekt.
For eksempel, ved at sno fire nikkel-titaniumlegeringstråde sammen, kan det maksimale temperaturfald efter afvikling nå 20,8 grader Celsius, og det samlede gennemsnitlige temperaturfald kan også nå 18,2 grader Celsius.Dette er lidt højere end de 17,0 grader Celsius-køling, der opnås ved hjælp af 'termisk køling'-teknologi.En kølecyklus tager kun omkring 30 sekunder, "sagde Liu Zunfeng.
Ny teknologi kan bruges i køleskabe i fremtiden
Baseret på "torsionsvarmekøling"-teknologien har forskere skabt en køleskabsmodel, der kan køle strømmende vand.De brugte tre nikkel-titaniumlegeringstråde som kølematerialer, roterende 0,87 omdrejninger pr. centimeter for at opnå en afkøling på 7,7 grader Celsius.
Denne opdagelse har stadig et stykke vej at gå før kommercialiseringen af 'snoede varmekøleskabe' med både muligheder og udfordringer,” sagde Ray Bowman.Liu Zunfeng mener, at den nye køleteknologi, der blev opdaget i denne undersøgelse, har udvidet en ny sektor inden for køleområdet.Det vil give en ny måde at reducere energiforbruget på køleområdet.
Et andet særligt fænomen i "torsionsvarmekøling" er, at forskellige dele af fiberen udviser forskellige temperaturer, hvilket er forårsaget af den periodiske fordeling af helixen, der genereres ved at sno fiberen langs fiberlængderetningen.Forskerne har belagt overfladen af nikkel-titanium-legeret tråd med Thermochromism-belægning for at lave "torsionskølende" farveskiftende fiber.Under snoning og afviklingsprocessen gennemgår fiberen reversible farveændringer.Det kan bruges som en ny type føleelement til fjernoptisk måling af fibersnoning.For eksempel kan man ved at observere farveændringer med det blotte øje vide, hvor mange omdrejninger materialet har lavet i det fjerne, hvilket er en meget simpel sensor."Liu Zunfeng sagde, at baseret på princippet om" torsionsvarmekøling ", kan nogle fibre også bruges til intelligente farveskiftende stoffer.
Indlægstid: 13-jul-2023