Un mètode de refrigeració més eficient, estalvi d'energia, verd i portàtil és la direcció de l'exploració humana sense descans.Recentment, un article en línia a la revista Science va informar sobre una nova estratègia de refrigeració flexible descoberta per un equip d'investigació conjunt de científics xinesos i nord-americans: "refrigeració per calor torsional".L'equip d'investigació va trobar que canviar el gir dins de les fibres pot aconseguir el refredament.A causa de la major eficiència de refrigeració, la mida més petita i l'aplicabilitat a diversos materials normals, el "refrigerador de calor retorçat" fet a partir d'aquesta tecnologia també s'ha tornat prometedor.
Aquest assoliment prové de la investigació cooperativa de l'equip del professor Liu Zunfeng del Laboratori Clau Estatal de Biologia de Química Medicinal, Escola de Farmàcia i el Laboratori Clau de Polímers Funcionals del Ministeri d'Educació de la Universitat de Nankai, i l'equip de Ray H. Baugman. , professor de la Texas State University, Dallas Branch, i Yang Shixian, Docent de la Universitat Nankai.
Només baixa la temperatura i gira-la
Segons dades de l'International Refrigeration Research Institute, el consum d'electricitat dels aparells d'aire condicionat i frigorífics al món representa actualment al voltant del 20% del consum global d'electricitat.El principi àmpliament utilitzat de la refrigeració per compressió d'aire actualment té una eficiència Carnot inferior al 60%, i els gasos alliberats pels processos de refrigeració tradicionals estan agreujant l'escalfament global.Amb la creixent demanda de refrigeració per part dels humans, explorar noves teories i solucions de refrigeració per millorar encara més l'eficiència de la refrigeració, reduir costos i reduir la mida dels equips de refrigeració s'ha convertit en una tasca urgent.
El cautxú natural generarà calor quan s'estira, però la temperatura disminuirà després de la retracció.Aquest fenomen s'anomena "refrigeració tèrmica elàstica", que s'ha descobert ja a principis del segle XIX.Tanmateix, per aconseguir un bon efecte de refredament, la goma s'ha d'estirar prèviament fins a 6-7 vegades la seva pròpia longitud i després retreure's.Això vol dir que la refrigeració requereix un gran volum.A més, l'eficiència actual de Carnot de "refrigeració tèrmica" és relativament baixa, normalment només un 32%.
Mitjançant la tecnologia de "refrigeració torsional", els investigadors van estirar l'elastòmer de cautxú fibrós dues vegades (tensió del 100%), després van fixar els dos extrems i el van girar des d'un extrem per formar una estructura Superhèlix.Posteriorment, es va desenrotllar ràpidament i la temperatura de les fibres de goma va disminuir en 15,5 graus centígrads.
Aquest resultat és superior a l'efecte de refrigeració mitjançant la tecnologia de "refrigeració tèrmica elàstica": la goma que s'estira 7 vegades més es contrau i es refreda fins a 12,2 graus centígrads.Tanmateix, si la goma es retorça i s'estén, i després s'allibera simultàniament, la "refrigeració tèrmica torsional" es pot refredar fins a 16,4 graus centígrads.Liu Zunfeng va dir que sota el mateix efecte de refrigeració, el volum de cautxú de "refrigeració tèrmica torsional" és només dos terços del de cautxú de "refrigeració tèrmica elàstica" i la seva eficiència Carnot pot arribar al 67%, molt superior al principi de l'aire. refrigeració per compressió.
El fil de pesca i el fil tèxtil també es poden refredar
Els investigadors han introduït que encara hi ha molt marge de millora en el cautxú com a material de "refrigeració per calor torsional".Per exemple, el cautxú té una textura suau i requereix molts girs per aconseguir un refredament important.La seva velocitat de transferència de calor és lenta i s'han de tenir en compte qüestions com l'ús repetit i la durabilitat del material.Per tant, l'exploració d'altres materials de "refrigeració torsional" s'ha convertit en una direcció d'avenç important per a l'equip de recerca.
Curiosament, hem trobat que l'esquema de "refrigeració per calor torsional" també és aplicable a les línies de pesca i tèxtils.Anteriorment, la gent no es va adonar que aquests materials habituals es podrien utilitzar per a la refrigeració", va dir Liu Zunfeng.
Els investigadors primer van retorçar aquestes fibres de polímer rígides i van formar una estructura helicoïdal.Estirar l'hèlix pot augmentar la temperatura, però després de retreure l'hèlix, la temperatura disminueix.
L'experiment va trobar que utilitzant la tecnologia de "refrigeració per calor torsional", el filferro trenat de polietilè pot generar una caiguda de temperatura de 5,1 graus centígrads, mentre que el material s'estira i s'allibera directament sense gairebé cap canvi de temperatura observat.El principi de "refrigeració per calor torsional" d'aquest tipus de fibra de polietilè és que durant el procés de contracció d'estirament, la torsió interna de l'hèlix disminueix, provocant canvis d'energia.Liu Zunfeng va dir que aquests materials relativament durs són més duradors que les fibres de cautxú i la velocitat de refredament supera la del cautxú fins i tot quan s'estiren molt curts.
Els investigadors també van trobar que l'aplicació de la tecnologia de "refrigeració per calor torsional" als aliatges de memòria de forma de níquel titani amb una major resistència i una transferència de calor més ràpida dóna com a resultat un millor rendiment de refrigeració i només cal un gir més baix per aconseguir un major efecte de refrigeració.
Per exemple, en torçar quatre cables d'aliatge de níquel titani junts, la caiguda de temperatura màxima després de desenrotllar-la pot arribar als 20,8 graus centígrads i la caiguda de temperatura mitjana global també pot arribar als 18,2 graus centígrads.Això és lleugerament superior al refredament de 17,0 graus centígrads aconseguit mitjançant la tecnologia de "refrigeració tèrmica".Un cicle de refrigeració només triga uns 30 segons", va dir Liu Zunfeng.
La nova tecnologia es pot utilitzar en els refrigeradors en el futur
Basant-se en la tecnologia de "refrigeració per calor torsional", els investigadors han creat un model de refrigerador que pot refredar l'aigua que flueix.Van utilitzar tres cables d'aliatge de níquel titani com a materials de refrigeració, girant 0,87 revolucions per centímetre per aconseguir un refredament de 7,7 graus centígrads.
Aquest descobriment encara té un llarg camí per recórrer abans de la comercialització dels 'refrigeradors de calor retorçat', tant amb oportunitats com amb reptes", va dir Ray Bowman.Liu Zunfeng creu que la nova tecnologia de refrigeració descoberta en aquest estudi ha ampliat un nou sector en el camp de la refrigeració.Proporcionarà una nova manera de reduir el consum d'energia en l'àmbit de la refrigeració.
Un altre fenomen especial en la "refrigeració per calor torsional" és que les diferents parts de la fibra presenten temperatures diferents, que és causada per la distribució periòdica de l'hèlix generada en torçar la fibra al llarg de la direcció de la longitud de la fibra.Els investigadors van revestir la superfície del filferro d'aliatge de níquel titani amb un recobriment de termocromisme per fer que la fibra canviant de color de "refrigeració torsional".Durant el procés de torsió i desenrotllament, la fibra experimenta canvis de color reversibles.Es pot utilitzar com a nou tipus d'element de detecció per a la mesura òptica remota de la torsió de la fibra.Per exemple, observant els canvis de color a ull nu, es pot saber quantes revolucions ha fet el material a la distància, que és un sensor molt senzill."Liu Zunfeng va dir que basant-se en el principi de" refrigeració per calor torsional ", algunes fibres també es poden utilitzar per a teixits intel·ligents que canvien de color.
Hora de publicació: 13-jul-2023