科大工程学院的研究人员开发出一款制冷性能破纪录的环保制冷设备，将改变依赖制冷的行业，减少全球能源消耗。这种新型弹性热冷却技术的效率提高了48%以上，为加速这种颠覆性技术的商业化和解决传统冷却系统带来的环境挑战开辟了一条充满希望的道路。
传统的蒸汽压缩制冷技术依赖于高全球变暖潜势的制冷剂。基于形状记忆合金(SMA)循环相变潜热的固态弹性热制冷，以其无温室气体、100%可回收和节能的SMA制冷剂的特点，提供了一种环保的替代方案。但是，在20至50 K之间相对较小的温度提升，这是冷却装置将热量从低温源转移到高温水槽的能力的关键性能指标，阻碍了这项新兴技术的商业化。
为了克服这一挑战，由机械与航天工程系孙庆平教授和姚树怀教授领导的研究小组开发了一种由镍钛(NiTi)形状记忆合金制成的多材料级联弹性热冷却装置，并打破了其冷却性能的世界纪录。
他们选择了三种不同相变温度的NiTi合金，分别在冷端、中间端和热端运行。通过将各单元的工作温度与相应的相变温度相匹配，将整个装置的超弹性温度窗口扩展到100 K以上，使各NiTi单元在其最佳温度范围内运行，显著提高了冷却效率。建造的多材料级联弹性热冷却装置在水侧实现了75 K的温度提升，超过了之前50.6 K的世界纪录。他们的研究成果题为“用于大温度提升的多材料级联弹性热冷却装置”，最近发表在该领域的顶级期刊《自然能源》上。
在成功开发弹性热冷却材料和结构的基础上，该研究小组计划进一步开发用于零度以下弹性热冷却和高温热泵应用的高性能形状记忆合金和设备。他们将继续优化材料性能，开发高能效制冷系统，以推动这项创新技术的商业化。
空间制冷和供暖占世界总用电量的20%，据业内估计，到2050年，空间制冷和供暖预计将成为全球第二大电力需求来源。
孙教授说:“未来，随着材料科学和机械工程的不断进步，我们相信弹性热制冷可以提供下一代绿色节能的制冷和制热解决方案，以满足庞大的全球制冷市场，解决脱碳和减缓全球变暖的紧迫任务。”
该研究由孙教授、姚教授(均为通讯作者)、博士后研究员、博士研究生周国安博士(第一作者)、博士生李泽熙、博士研究生朱玉祥、华鹏以及武汉大学的合作者共同完成。
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