低成本、超耐久“弹卡”制冷剂结构问世

近日，香港科技大学讲座教授孙庆平小组从蜂巢的多孔薄片堆叠结构获得灵感，研发出低成本、超耐久的“弹卡”制冷剂结构。测试中，该结构可持续运行逾1亿次制冷循环，估算使用寿命超过10年。相关成果发表于《科学》，工艺已申请多项国际专利。

“这种制冷剂结构的制造做法不仅明显提升生产效能，更降低制造成本，为‘弹卡’制冷工艺迈向规模化应用奠定要紧基础。”论文通讯作者孙庆平告诉《中国科学报》，全球制冷需求持续上升，传统蒸汽压缩制冷工艺能耗高，所用制冷剂会加剧温室效应，拓展可持续制冷工艺日益迫切。

“弹卡”制冷利用形状记忆合金可逆相变，在反复加载、卸载中吸收和释放热量，是颇具潜力的固态替代对策。但实际应用要求形状记忆合金制冷剂结构同时具备快速换热、高机械可靠性和低制造成本。现有设计多采用商用合金管、板材、线材及电火花线切割薄壁结构，存在成本高、效能低或反复加载下疲劳破坏、屈曲等问题，阻碍规模化应用。

为此，孙庆平小组开发了“冲压与堆栈”做法：将形状记忆合金薄片冲压成多孔薄片，再逐片堆叠成管状制冷剂结构。设计灵感源自竹子和蜂巢等天然结构的高力学稳定性，使分段式堆叠结构兼顾高效换热、高结构可靠性和低成本制造。

该结构具三方面特点。一是制造快速低成本：冲压工艺每分钟可制作100片形状记忆合金多孔薄片，较电火花线切割加工生产速度提升逾100倍，制造成本降低约95%。二是结构耐久性高：新型结构由多片独立多孔薄片逐层堆叠而成，而非一体式长管；相邻薄片界面可阻止裂纹在整个结构中扩展，避免灾难性纵向劈裂失效。测试显示，其可承受超过1亿次运行循环，按探究运行条件估算，使用寿命超过10年。三是制冷性能佳：小组用长30毫米、由200片形状记忆合金多孔薄片堆叠而成的制冷剂单元建立“弹卡”制冷原型机，实现11.7开尔文温跨和高达3.85瓦特每克的比制冷功率。

孙庆平表示，堆叠式设计将高性能材料与高效制造工艺结合，为“弹卡”制冷剂结构规模化生产供给可行路径。该设计不限于冲压工艺，类似结构也可通过激光切割或蚀刻等规模化做法制作。下一步，小组将提升制冷剂结构换热性能，开发更高效驱动体系和高性能形状记忆合金材料，进一步提升“弹卡”制冷体系能源效能和制冷能力，推动工艺落地与商业化。

相关论文文献：https://doi.org/10.1126/science.aeh7074

“掌”握科技鲜闻 （微信搜索techsina或扫描左侧二维码关注）

新浪科技为你带来最新鲜的科技资讯

苹果汇为你带来最新鲜的苹果业务新闻

新酷业务第一时间免费试玩

供给最新的科学家新闻，精彩的震撼图片