Efektivnější, energeticky úspornější, ekologičtější a přenosná metoda chlazení je směr neustálého lidského průzkumu.Nedávno online článek v časopise Science informoval o nové flexibilní strategii chlazení, kterou objevil společný výzkumný tým čínských a amerických vědců – „torzní tepelné chlazení“.Výzkumný tým zjistil, že změnou zkroucení uvnitř vláken lze dosáhnout ochlazení.Díky vyšší účinnosti chlazení, menším rozměrům a použitelnosti na různé běžné materiály se stala perspektivní i „twisted heat chladnička“ vyrobená na základě této technologie.
Tento úspěch pochází z kooperativního výzkumu týmu profesora Liu Zunfenga ze Státní klíčové laboratoře biologie lékařské chemie, School of Pharmacy a Key Laboratory of Functional Polymer Ministerstva školství Nankai University a týmu Raye H. Baugmana , profesor Texas State University, Dallas Branch, a Yang Shixian, docent z Nankai University.
Stačí snížit teplotu a otočit
Podle údajů International Refrigeration Research Institute představuje spotřeba elektrické energie klimatizací a ledniček ve světě v současnosti asi 20 % celosvětové spotřeby elektřiny.V současnosti široce používaný princip chlazení stlačeného vzduchu má obecně Carnotovu účinnost nižší než 60 % a plyny uvolňované tradičními chladicími procesy zhoršují globální oteplování.S rostoucí poptávkou lidí po chlazení se stalo naléhavým úkolem zkoumání nových teorií a řešení chlazení pro další zlepšení účinnosti chlazení, snížení nákladů a zmenšení velikosti chladicích zařízení.
Přírodní kaučuk bude při natahování generovat teplo, ale po zatažení se teplota sníží.Tento jev se nazývá „elastické tepelné chlazení“, které bylo objeveno již na počátku 19. století.Pro dosažení dobrého chladicího účinku je však třeba gumu předem natáhnout na 6-7násobek své vlastní délky a poté ji stáhnout.To znamená, že chlazení vyžaduje velký objem.Navíc současná Carnotova účinnost „tepelného chlazení“ je relativně nízká, obvykle jen asi 32 %.
Prostřednictvím technologie „torzního chlazení“ vědci dvakrát natáhli vláknitý kaučukový elastomer (100% napětí), poté oba konce zafixovali a zkroutili jej z jednoho konce, aby vytvořili strukturu Superhelix.Následně došlo k rychlému rozkroucení a teplota pryžových vláken se snížila o 15,5 stupně Celsia.
Tento výsledek je vyšší než chladicí efekt využívající technologii „elastického tepelného chlazení“: pryž, která je natažena 7krát déle, se stahuje a ochlazuje na 12,2 stupňů Celsia.Pokud je však pryž zkroucena a natažena a poté současně uvolněna, „torzní tepelné chlazení“ se může ochladit na 16,4 stupně Celsia.Liu Zunfeng řekl, že při stejném chladicím účinku je objem pryže „torzního tepelného chlazení“ pouze dvě třetiny objemu pryže „elastického tepelného chlazení“ a její Carnotova účinnost může dosáhnout 67 %, což je mnohem lepší než princip vzduchu. kompresní chlazení.
Rybářský vlasec a textilní vlasec lze také chladit
Výzkumníci představili, že stále existuje velký prostor pro zlepšení pryže jako materiálu pro „torzní tepelné chlazení“.Například pryž má měkkou strukturu a vyžaduje mnoho zkroucení, aby se dosáhlo výrazného chlazení.Jeho rychlost přenosu tepla je pomalá a je třeba zvážit problémy, jako je opakované použití a trvanlivost materiálu.Zkoumání dalších materiálů pro „torzní chlazení“ se proto pro výzkumný tým stalo důležitým průlomovým směrem.
Zajímavé je, že jsme zjistili, že schéma „torzního tepelného chlazení“ je také použitelné pro rybářské a textilní vlasce.Dříve si lidé neuvědomovali, že tyto běžné materiály lze použít k chlazení, “řekl Liu Zunfeng.
Vědci nejprve zkroutili tato pevná polymerní vlákna a vytvořili spirálovou strukturu.Natažením šroubovice se může zvýšit teplota, ale po zatažení šroubovice se teplota sníží.
Experiment zjistil, že pomocí technologie „torzního tepelného chlazení“ může polyetylenový pletený drát generovat pokles teploty o 5,1 stupně Celsia, zatímco materiál je přímo natahován a uvolňován bez pozorování téměř žádné změny teploty.Princip 'torzního tepelného chlazení' tohoto typu polyetylenového vlákna spočívá v tom, že během procesu natahování a smršťování se snižuje vnitřní zkroucení šroubovice, což vede ke změnám energie.Liu Zunfeng řekl, že tyto relativně tvrdé materiály jsou odolnější než pryžová vlákna a rychlost ochlazování převyšuje rychlost ochlazování pryže i při velmi krátkém natažení.
Výzkumníci také zjistili, že aplikace technologie „torzního tepelného chlazení“ na slitiny s tvarovou pamětí z niklu a titanu s vyšší pevností a rychlejším přenosem tepla vede k lepšímu chladicímu výkonu a k dosažení většího chladicího účinku je zapotřebí pouze menší kroucení.
Například stočením čtyř drátů ze slitiny niklu a titanu dohromady může maximální pokles teploty po rozkroucení dosáhnout 20,8 stupně Celsia a celkový průměrný pokles teploty může také dosáhnout 18,2 stupně Celsia.To je o něco více než chlazení o 17,0 stupňů Celsia dosažené pomocí technologie „tepelného chlazení“.Jeden chladicí cyklus trvá jen asi 30 sekund, “řekl Liu Zunfeng.
Nová technologie může být v budoucnu použita v lednicích
Na základě technologie „torzního tepelného chlazení“ vědci vytvořili model chladničky, který dokáže chladit proudící vodu.Jako chladicí materiály použili tři dráty ze slitiny niklu a titanu, které se otáčely 0,87 otáčky na centimetr, aby dosáhly ochlazení o 7,7 stupně Celsia.
Tento objev má před komercializací ‚chladniček s krouceným teplem‘ ještě dlouhou cestu, která přináší příležitosti i výzvy,“ řekl Ray Bowman.Liu Zunfeng věří, že nová technologie chlazení objevená v této studii rozšířila nový sektor v oblasti chlazení.Poskytne nový způsob, jak snížit spotřebu energie v oblasti chlazení.
Dalším zvláštním jevem při „torzním tepelném chlazení“ je to, že různé části vlákna vykazují různé teploty, což je způsobeno periodickým rozložením šroubovice generované zkroucením vlákna ve směru délky vlákna.Výzkumníci potáhli povrch drátu ze slitiny niklu a titanu povlakem Thermochromism, aby vytvořili vlákno měnící barvu „torzní chlazení“.Během procesu kroucení a rozplétání vlákno prochází vratnými barevnými změnami.Může být použit jako nový typ snímacího prvku pro dálkové optické měření zkroucení vlákna.Například pozorováním změn barev pouhým okem lze poznat, kolik otáček materiál udělal na dálku, což je velmi jednoduchý senzor.„Liu Zunfeng řekl, že na základě principu „chlazování torzním teplem“ lze některá vlákna použít také pro inteligentní látky měnící barvu.
Čas odeslání: 13. července 2023