Učinkovitejša, energetsko varčnejša, zelena in prenosna metoda hlajenja je smer človekovega nenehnega raziskovanja.Pred kratkim je spletni članek v reviji Science poročal o novi prilagodljivi strategiji hlajenja, ki jo je odkrila skupna raziskovalna skupina kitajskih in ameriških znanstvenikov – »torzijsko toplotno hlajenje«.Raziskovalna skupina je ugotovila, da lahko spreminjanje zasuka znotraj vlaken doseže hlajenje.Zaradi večje učinkovitosti hlajenja, manjše velikosti in uporabnosti za različne običajne materiale je postal obetaven tudi »hladilnik s sukano toploto«, izdelan na podlagi te tehnologije.
Ta dosežek izhaja iz skupne raziskave ekipe profesorja Liuja Zunfenga iz Državnega ključnega laboratorija za medicinsko kemijo, biologijo, Fakultete za farmacijo in Ključnega laboratorija za funkcionalne polimere Ministrstva za izobraževanje Univerze Nankai ter ekipe Raya H. Baugmana. , profesor na Texas State University, Dallas Branch, in Yang Shixian, docent na Univerzi Nankai.
Samo znižajte temperaturo in ga zavrtite
Po podatkih Mednarodnega inštituta za raziskave hlajenja poraba električne energije klimatskih naprav in hladilnikov v svetu trenutno predstavlja približno 20 % svetovne porabe električne energije.Danes široko uporabljen princip hlajenja s kompresijo zraka ima Carnotov izkoristek manj kot 60 %, plini, ki se sproščajo pri tradicionalnih postopkih hlajenja, pa poslabšujejo globalno segrevanje.Z naraščajočim človeškim povpraševanjem po hlajenju je raziskovanje novih teorij o hlajenju in rešitev za nadaljnje izboljšanje učinkovitosti hlajenja, zmanjšanje stroškov in zmanjšanje velikosti hladilne opreme postalo nujna naloga.
Naravni kavčuk bo pri raztezanju proizvajal toploto, po umiku pa se bo temperatura znižala.Ta pojav imenujemo "elastično toplotno hlajenje", ki so ga odkrili že v začetku 19. stoletja.Da bi dosegli dober hladilni učinek, je treba gumo predhodno raztegniti na 6-7-kratno lastno dolžino in nato umakniti.To pomeni, da hlajenje zahteva veliko prostornino.Poleg tega je trenutna Carnotova učinkovitost "toplotnega hlajenja" razmeroma nizka, običajno le približno 32 %.
S tehnologijo "torzijskega hlajenja" so raziskovalci vlaknasti gumijasti elastomer dvakrat raztegnili (100-odstotna deformacija), nato fiksirali oba konca in ga z enega konca zvili, da je nastala struktura Superhelix.Nato je prišlo do hitrega odvijanja in temperatura gumijastih vlaken se je znižala za 15,5 stopinj Celzija.
Ta rezultat je višji od hladilnega učinka s tehnologijo 'elastičnega termičnega hlajenja': 7-krat dlje raztegnjena guma se skrči in ohladi na 12,2 stopinje Celzija.Če pa gumo zvijemo in raztegnemo ter nato hkrati sprostimo, se lahko "torzijsko toplotno hlajenje" ohladi na 16,4 stopinje Celzija.Liu Zunfeng je dejal, da je pod enakim hladilnim učinkom prostornina gume "torzijskega termičnega hlajenja" le dve tretjini gume "elastičnega termičnega hlajenja", njegova Carnotova učinkovitost pa lahko doseže 67%, veliko večja od principa zraka. kompresijsko hlajenje.
Ribiško vrvico in tekstilno vrvico lahko tudi ohladimo
Raziskovalci so ugotovili, da je še veliko prostora za izboljšave gume kot materiala za "torzijsko toplotno hlajenje".Na primer, guma ima mehko strukturo in zahteva veliko zasukov, da se doseže znatno hlajenje.Njegova hitrost prenosa toplote je počasna, zato je treba upoštevati vprašanja, kot sta večkratna uporaba in trajnost materiala.Zato je raziskovanje drugih materialov za "torzijsko hlajenje" postalo pomembna prebojna smer za raziskovalno skupino.
Zanimivo je, da smo ugotovili, da je shema „hlajenja s torzijsko toploto“ uporabna tudi za ribiške in tekstilne vrvi.Prej se ljudje niso zavedali, da se ti običajni materiali lahko uporabljajo za hlajenje,« je dejal Liu Zunfeng.
Raziskovalci so najprej zvili ta toga polimerna vlakna in oblikovali spiralno strukturo.Raztezanje vijačnice lahko dvigne temperaturo, po umiku vijačnice pa se temperatura zniža.
Poskus je pokazal, da lahko z uporabo tehnologije "torzijskega toplotnega hlajenja" polietilenska pletena žica povzroči padec temperature za 5,1 stopinje Celzija, medtem ko se material neposredno raztegne in sprosti, pri čemer skoraj ni opaziti temperaturnih sprememb.Načelo 'torzijskega toplotnega hlajenja' te vrste polietilenskih vlaken je, da se med postopkom raztezajočega krčenja notranji zasuk vijačnice zmanjša, kar vodi do sprememb v energiji.Liu Zunfeng je dejal, da so ti razmeroma trdi materiali bolj trpežni od gumijastih vlaken, hitrost hlajenja pa presega hitrost hlajenja gume, tudi če je zelo raztegnjena.
Raziskovalci so tudi ugotovili, da uporaba tehnologije "torzijskega toplotnega hlajenja" za nikelj-titanove spominske zlitine z večjo trdnostjo in hitrejšim prenosom toplote povzroči boljšo učinkovitost hlajenja, za večji učinek hlajenja pa je potreben le nižji zasuk.
Če na primer skupaj zvijemo štiri žice iz nikljeve titanove zlitine, lahko največji padec temperature po odvijanju doseže 20,8 stopinje Celzija, skupni povprečni padec temperature pa lahko doseže tudi 18,2 stopinje Celzija.To je nekoliko višje od 17,0 stopinj Celzija pri hlajenju, doseženem s tehnologijo "toplotnega hlajenja".En hladilni cikel traja le približno 30 sekund,« je dejal Liu Zunfeng.
Nova tehnologija se lahko v prihodnosti uporablja v hladilnikih
Raziskovalci so na podlagi tehnologije "torzijskega toplotnega hlajenja" ustvarili model hladilnika, ki lahko hladi tekočo vodo.Kot hladilne materiale so uporabili tri žice iz nikljeve titanove zlitine, ki so se vrtele za 0,87 vrtljajev na centimeter, da so dosegle hlajenje 7,7 stopinj Celzija.
Pred tem odkritjem je še dolga pot do komercializacije 'hladilnikov s sukano toploto', s priložnostmi in izzivi,« je dejal Ray Bowman.Liu Zunfeng verjame, da je nova tehnologija hlajenja, odkrita v tej študiji, razširila nov sektor na področju hlajenja.Zagotovil bo nov način za zmanjšanje porabe energije na področju hlajenja.
Drug poseben pojav pri "hlajenju s torzijsko toploto" je, da različni deli vlakna kažejo različne temperature, kar je posledica periodične porazdelitve vijačnice, ki nastane pri zvijanju vlakna vzdolž smeri dolžine vlakna.Raziskovalci so površino žice iz nikljeve titanove zlitine prekrili s prevleko Thermochromism, da bi naredili vlakno, ki spreminja barvo s "torzijskim hlajenjem".Med postopkom zvijanja in odvijanja je vlakno podvrženo reverzibilni spremembi barve.Uporablja se lahko kot nova vrsta senzorskega elementa za daljinsko optično merjenje zasuka vlaken.Na primer, z opazovanjem barvnih sprememb s prostim očesom lahko vemo, koliko obratov je material naredil na daljavo, kar je zelo preprost senzor."Liu Zunfeng je dejal, da se na podlagi principa" torzijskega toplotnega hlajenja "nekatera vlakna lahko uporabljajo tudi za inteligentne tkanine, ki spreminjajo barvo.
Čas objave: 13. julij 2023