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第一作者：周國安

通訊作者：周國安，姚舒懷，孫慶平

通訊單位：香港科技大學(xué)

姚舒懷，香港科技大學(xué)機(jī)械與航空工程系教授。分別于2000年和2005年在清華大學(xué)和斯坦福大學(xué)獲得學(xué)士和博士學(xué)位，并于2008年加入香港科技大學(xué)工作至今，現(xiàn)任香港科技大學(xué)機(jī)械及航空航天工程系教授及建筑與能源研究中心副主任。主要從事微流控和傳熱相關(guān)研究。近10年，團(tuán)隊(duì)在Nature Physics, Nature Communications，Science Advances, Physical Review Letters，ACS Nano, Advanced Functional Materials等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)期刊100余篇。

孫慶平，清華大學(xué)固體力學(xué)博士，1989年8月至1991年11月，在清華大學(xué)材料科學(xué)與工程博士后科研流動(dòng)站做博士后，曾任清華大學(xué)力學(xué)系副教授(1991), 教授(1994)， 1995年赴香港科技大學(xué)任教，是國家基金委七五，八五，九五力學(xué)與材料重大項(xiàng)目的主要參加者，曾任法國教育部客座教授(1994，1996，1998, 2002, 2005)和IUTAM Symposium國際學(xué)術(shù)委員會(huì)主席，曾主持國家”杰出青年基金”(1998-2000) 及國家基金委，香港研究資助局聯(lián)合研究基金(2001-03), 現(xiàn)主持多項(xiàng)香港特區(qū)政府基礎(chǔ)研究基金，曾獲國際科學(xué)數(shù)據(jù)索引(ISI-SCI)頒發(fā)的經(jīng)典引文獎(jiǎng)(Citation Classic Award)(2000)和國家自然科學(xué)獎(jiǎng)(1995)等。

論文速覽

利用形狀記憶合金進(jìn)行彈性熱冷卻是很有前途的下一代環(huán)保制冷材料。溫度提升（T_lift），即冷卻設(shè)備將熱量從低溫源轉(zhuǎn)移到高溫散熱器的能力，是一項(xiàng)關(guān)鍵的性能指標(biāo)。然而，由于單個(gè)彈性熱材料表現(xiàn)出超彈性的溫度窗口較窄（例如，NiTi形狀記憶合金≤50 K），因此，增加現(xiàn)有彈熱學(xué)裝置的溫度提升T_lift是困難的。

本研究針對下一代環(huán)保制冷技術(shù)的需求，開發(fā)了一種新型的多材料級聯(lián)彈熱學(xué)冷卻裝置。該裝置利用形狀記憶合金（SMAs）的彈性熱效應(yīng)進(jìn)行制冷，具有無溫室氣體排放、100%可回收和高能效（高達(dá)84%卡諾效率）的優(yōu)點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了由三種不同奧氏體結(jié)束溫度（Af）的NiTi合金組成的級聯(lián)裝置，將裝置的超彈性溫度窗口擴(kuò)展到超過100 K，并在水側(cè)實(shí)現(xiàn)了75 K的溫度提升（T_lift）。這一成果顯示了多材料級聯(lián)彈性熱制冷裝置在未來空間制冷領(lǐng)域的巨大潛力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：多材料級聯(lián)彈熱質(zhì)回?zé)崞骱托阅堋?/span>

圖2：NiTi制冷劑的溫度相關(guān)特性，實(shí)驗(yàn)測量的三個(gè)NiTi材料的dσstart/dT與理論計(jì)算值的對比。

圖3：多材料級聯(lián)壓縮式NiTi再生器的組裝和操作過程。

圖4：單材料、雙材料級聯(lián)和三材料級聯(lián)再生器的制冷性能。

?總結(jié)展望

本研究開發(fā)了一種新型的多材料級聯(lián)彈性熱制冷裝置，該裝置在水側(cè)實(shí)現(xiàn)了75 K的溫度提升，超過了現(xiàn)有彈性熱制冷裝置50%以上。研究結(jié)果表明，通過合理設(shè)計(jì)和組裝具有多個(gè)相變溫度的多材料級聯(lián)彈性熱再生器，可以有效提高彈性熱裝置的溫度提升和再生因子。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，隨著活性材料數(shù)量的增加，雖然無負(fù)載溫度提升增大，但零提升制冷功率減小。本研究為開發(fā)具有大溫差提升的彈性熱制冷裝置提供了有效的方法，未來工作可能會(huì)考慮在冷端級聯(lián)低轉(zhuǎn)變溫度的SMA，以實(shí)現(xiàn)亞零度的彈性熱制冷。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：A multi-material cascade elastocaloric cooling device for large temperature lift

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01537-3

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/05/27/9362448886/

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