香港科技大学研发的新型冷却装置以 75K 的温度提升和 48% 的效率提升打破了世界纪录，并且使用了环保材料。

香港科技大学工程学院的研究人员开发了一种环保的制冷设备，其制冷性能创下了新纪录。新型弹性热制冷技术将效率提高了48%以上，为加速这一颠覆性技术的商业化进程和应对传统制冷系统带来的环境挑战开辟了一条有前景的道路。

制冷技术的挑战与创新

传统的蒸气压缩制冷技术依赖于具有高全球变暖潜力的制冷剂。基于形状记忆合金（SMAs）循环相变中潜热的固态弹性热制冷技术提供了一种环保的替代方案，其特点是无温室气体、100%可回收且节能的SMA制冷剂。然而，在20至50 K之间相对较小的温升是冷却装置将热量从低温源传递到高温散热器能力的关键性能指标，这阻碍了这一新兴技术的商业化。

制冷效率世界纪录

为了克服这一挑战，由机械与航空航天工程系的孙庆平教授和姚书淮教授领导的研究团队开发了一种由镍钛合金制成的多材料级联弹性热冷却装置，并打破了其在冷却性能方面的世界纪录。

他们选择了三种具有不同相变温度的NiTi合金，分别用于在冷端、中间端和热端工作。通过将每个单元的工作温度与相应的相变温度相匹配，整个设备的超弹性温度窗口被扩大至100K以上，且每个NiTi单元都在其最佳温度范围内工作，显著提高了冷却效率。这种多材料级联弹热制冷装置在水侧实现了75K的温升，打破了之前50.6K的世界纪录。他们的研究成果最近发表在《自然·能源》杂志上。

未来前景与环境影响

在成功开发弹性热冷却材料和具有许多专利并在主要期刊上发表的论文的基础上，研究团队计划进一步开发用于零度以下弹性热冷却和高温热泵应用的高性能形状记忆合金和设备。他们将继续优化材料性能并开发高能效制冷系统，以推动这项创新技术的商业化。

空间制冷和制热占世界总电力消耗的20%，据行业估计，到2050年，它们将成为全球第二大电力需求来源。

“在未来，随着材料科学和机械工程的不断进步，我们有信心，弹性热制冷技术能够为巨大的全球制冷市场提供下一代绿色且节能的制冷和制热解决方案，以应对脱碳和缓解全球变暖的紧迫任务，”孙教授说。

参考文献：周国安、李泽熙、王秋红、朱宇翔、华鹏、姚书淮、孙庆平于2024年5月23日在《自然·能源》期刊上发表的《用于大温升的多材料级联弹热制冷装置》。DOI: 10.1038/s41560-024-01537-3