Kaedah penyejukan yang lebih cekap, penjimatan tenaga, hijau dan mudah alih ialah arah penerokaan tanpa henti manusia. Baru-baru ini, artikel dalam talian dalam jurnal Science melaporkan tentang strategi penyejukan fleksibel baharu yang ditemui oleh pasukan penyelidikan bersama saintis China dan Amerika - "penyejukan haba kilasan". Pasukan penyelidik mendapati bahawa menukar twist di dalam gentian boleh mencapai penyejukan. Disebabkan kecekapan penyejukan yang lebih tinggi, saiz yang lebih kecil dan kebolehgunaan untuk pelbagai bahan biasa, "peti sejuk haba berpintal" yang dibuat berdasarkan teknologi ini juga menjadi menjanjikan.
Pencapaian ini diperoleh daripada penyelidikan koperasi pasukan Profesor Liu Zunfeng daripada Makmal Utama Biologi Kimia Perubatan Negeri, Sekolah Farmasi dan Makmal Utama Polimer Fungsian Kementerian Pendidikan Universiti Nankai dan pasukan Ray H. Baugman , profesor Texas State University, Dallas Branch, dan Yang Shixian, Docent of Nankai University.
Hanya turunkan suhu dan putarkannya
Menurut data dari Institut Penyelidikan Penyejukan Antarabangsa, penggunaan elektrik penghawa dingin dan peti sejuk di dunia kini menyumbang kira-kira 20% daripada penggunaan elektrik global. Prinsip penyejukan mampatan udara yang digunakan secara meluas pada masa kini umumnya mempunyai kecekapan Carnot kurang daripada 60%, dan gas yang dikeluarkan oleh proses penyejukan tradisional memburukkan lagi pemanasan global. Dengan peningkatan permintaan untuk penyejukan oleh manusia, meneroka teori dan penyelesaian penyejukan baharu untuk meningkatkan lagi kecekapan penyejukan, mengurangkan kos dan mengurangkan saiz peralatan penyejukan telah menjadi tugas yang mendesak.
Getah asli akan menghasilkan haba apabila diregangkan, tetapi suhu akan berkurangan selepas ditarik balik. Fenomena ini dipanggil "penyejukan haba elastik", yang telah ditemui seawal abad ke-19. Walau bagaimanapun, untuk mencapai kesan penyejukan yang baik, getah perlu diregangkan hingga 6-7 kali panjangnya sendiri dan kemudian ditarik balik. Ini bermakna penyejukan memerlukan jumlah yang besar. Selain itu, kecekapan Carnot semasa "penyejukan terma" adalah agak rendah, biasanya hanya kira-kira 32%.
Melalui teknologi "penyejukan kilasan", para penyelidik meregangkan elastomer getah berserabut dua kali (tegangan 100%), kemudian membetulkan kedua-dua hujung dan memulasnya dari satu hujung untuk membentuk struktur Superhelix. Selepas itu, untwisting cepat berlaku, dan suhu gentian getah menurun sebanyak 15.5 darjah Celsius.
Keputusan ini lebih tinggi daripada kesan penyejukan menggunakan teknologi 'penyejukan terma elastik': getah yang diregangkan 7 kali lebih lama mengecut dan menyejuk hingga 12.2 darjah Celsius. Walau bagaimanapun, jika getah dipintal dan dipanjangkan, dan kemudian dilepaskan serentak, 'penyejukan terma kilasan' boleh menyejuk hingga 16.4 darjah Celsius. Liu Zunfeng berkata di bawah kesan penyejukan yang sama, isipadu getah 'penyejukan terma kilasan' hanyalah dua pertiga daripada getah 'penyejukan terma elastik', dan kecekapan Carnotnya boleh mencapai 67%, Jauh lebih baik daripada prinsip udara. penyejukan mampatan.
Tali pancing dan tali tekstil juga boleh disejukkan
Penyelidik telah memperkenalkan bahawa masih banyak ruang untuk penambahbaikan dalam getah sebagai bahan "penyejukan haba kilasan". Sebagai contoh, getah mempunyai tekstur yang lembut dan memerlukan banyak lilitan untuk mencapai penyejukan yang ketara. Kelajuan pemindahan habanya adalah perlahan, dan isu seperti penggunaan berulang dan ketahanan bahan perlu dipertimbangkan. Oleh itu, meneroka bahan "penyejukan kilasan" yang lain telah menjadi satu hala tuju kejayaan penting bagi pasukan penyelidik.
Menariknya, kami mendapati bahawa skim 'penyejukan haba kilasan' juga boleh digunakan untuk memancing dan talian tekstil. Sebelum ini, orang ramai tidak menyedari bahawa bahan biasa ini boleh digunakan untuk penyejukan, "kata Liu Zunfeng.
Para penyelidik mula-mula memutar gentian polimer tegar ini dan membentuk struktur heliks. Regangan heliks boleh meningkatkan suhu, tetapi selepas menarik balik heliks, suhu berkurangan.
Eksperimen mendapati bahawa menggunakan teknologi "penyejukan haba kilasan", dawai jalinan polietilena boleh menghasilkan penurunan suhu 5.1 darjah Celsius, manakala bahan itu terus diregangkan dan dilepaskan dengan hampir tiada perubahan suhu diperhatikan. Prinsip 'penyejukan haba kilasan' gentian polietilena jenis ini ialah semasa proses penguncupan regangan, lilitan dalaman heliks berkurangan, membawa kepada perubahan tenaga. Liu Zunfeng berkata bahawa bahan yang agak keras ini lebih tahan lama daripada gentian getah, dan kadar penyejukan melebihi getah walaupun diregangkan sangat pendek.
Penyelidik juga mendapati bahawa menggunakan teknologi "penyejukan haba kilasan" kepada aloi memori bentuk titanium nikel dengan kekuatan yang lebih tinggi dan pemindahan haba yang lebih pantas menghasilkan prestasi penyejukan yang lebih baik, dan hanya putaran yang lebih rendah diperlukan untuk mencapai kesan penyejukan yang lebih besar.
Sebagai contoh, dengan memutar empat wayar aloi titanium nikel bersama-sama, penurunan suhu maksimum selepas untwisting boleh mencapai 20.8 darjah Celsius, dan penurunan suhu purata keseluruhan juga boleh mencapai 18.2 darjah Celsius. Ini lebih tinggi sedikit daripada penyejukan 17.0 darjah Celsius yang dicapai menggunakan teknologi 'penyejukan terma'. Satu kitaran penyejukan hanya mengambil masa kira-kira 30 saat, “kata Liu Zunfeng.
Teknologi baharu boleh digunakan dalam peti sejuk pada masa hadapan
Berdasarkan teknologi "penyejukan haba kilasan", penyelidik telah mencipta model peti sejuk yang boleh menyejukkan air yang mengalir. Mereka menggunakan tiga wayar aloi nikel titanium sebagai bahan penyejuk, berputar 0.87 pusingan setiap sentimeter untuk mencapai penyejukan 7.7 darjah Celsius.
Penemuan ini masih jauh lagi sebelum pengkomersilan 'peti sejuk haba berpintal', dengan kedua-dua peluang dan cabaran, "kata Ray Bowman. Liu Zunfeng percaya bahawa teknologi penyejukan baharu yang ditemui dalam kajian ini telah mengembangkan sektor baharu dalam bidang penyejukan. Ia akan menyediakan cara baharu untuk mengurangkan penggunaan tenaga dalam medan penyejukan.
Satu lagi fenomena istimewa dalam "penyejukan haba kilasan" ialah bahagian gentian yang berlainan mempamerkan suhu yang berbeza, yang disebabkan oleh pengedaran berkala heliks yang dihasilkan dengan memutar gentian sepanjang arah panjang gentian. Para penyelidik menyalut permukaan dawai aloi nikel titanium dengan salutan Thermochromism untuk membuat gentian perubahan warna "penyejukan kilasan". Semasa proses memusing dan memusing, gentian mengalami perubahan warna yang boleh diterbalikkan. Ia boleh digunakan sebagai jenis elemen penderiaan baharu untuk pengukuran optik jauh bagi twist gentian. Sebagai contoh, dengan memerhatikan perubahan warna dengan mata kasar, seseorang boleh mengetahui berapa banyak revolusi yang dibuat oleh bahan dalam jarak jauh, yang merupakan sensor yang sangat mudah. "Liu Zunfeng berkata berdasarkan prinsip" penyejukan haba kilasan ", sesetengah gentian juga boleh digunakan untuk fabrik menukar warna yang bijak.
Masa siaran: Jul-13-2023