香港科技大學(xué)（港科大）工學(xué)院的一支研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)新型環(huán)保制冷裝置，其制冷效率大幅增加逾48%，刷新世界紀(jì)錄，有望減少全球能源消耗之余，亦可為依賴(lài)制冷技術(shù)的行業(yè)帶來(lái)改革轉(zhuǎn)型。彈卡制冷技術(shù)的效能大幅提升，亦有助推動(dòng)這項(xiàng)顛覆性技術(shù)的商業(yè)化，并減低傳統(tǒng)制冷技術(shù)對(duì)環(huán)境所造成的不利影響。

傳統(tǒng)的蒸氣壓縮制冷技術(shù)常用的制冷劑容易對(duì)環(huán)境造成污染。有鑒于此，科學(xué)家一直研究對(duì)環(huán)境友善的替代方案，當(dāng)中以「基于形狀記憶合金循環(huán)相變潛熱固態(tài)彈卡制冷技術(shù)」尤為重要。這種技術(shù)使用的形狀記憶合金制冷劑不僅不含溫室氣體，而且高效及可100%回收利用。然而，所有已開(kāi)發(fā)裝置的「溫跨」，即顯示制冷設(shè)備將熱量從低溫源傳遞到高溫散熱器的能力指標(biāo)，卻相對(duì)較小—如約20-50 K，大大阻礙了這一新興技術(shù)的商業(yè)化。

為了應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，機(jī)械及航空航天工程學(xué)系的孫慶平教授與姚舒懷教授率領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種多材料級(jí)聯(lián)彈卡制冷裝置，并成功打破這款裝置的制冷效能世界紀(jì)錄。

他們選擇了三種具有不同相變溫度的鎳鈦合金，分別在冷端、中間端和熱端工作。通過(guò)匹配各單元的工作溫度與相應(yīng)的相變溫度，整體裝置的超彈性溫度窗口擴(kuò)大至100 K以上，使得每個(gè)鎳鈦單元均能在其最佳溫度范圍內(nèi)工作，顯著提升了制冷效率。該多材料級(jí)聯(lián)彈卡制冷裝置在水側(cè)實(shí)現(xiàn)了75 K的溫跨，超越了之前的50.6 K世界紀(jì)錄。這項(xiàng)研究突破最近發(fā)表在頂尖期刊《自然能源》（Nature Energy）上，題為「A Multi-Material Cascade Elastocaloric Cooling Device for Large Temperature Lift」。

多年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)在彈卡制冷材料和結(jié)構(gòu)取得豐碩的研究成果，包括成功申請(qǐng)多項(xiàng)專(zhuān)利以及多次在國(guó)際頂級(jí)期刊上發(fā)表論文。建基這些成果上，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高性能形狀記憶合金和設(shè)備，以用于零度以下的彈卡制冷和高溫?zé)岜脩?yīng)用。他們將繼續(xù)優(yōu)化材料特性，并開(kāi)發(fā)高能效制冷系統(tǒng)，以推動(dòng)這一顛覆性技術(shù)的商業(yè)化。

現(xiàn)時(shí)，空間制冷和供暖占全球總電力消耗的兩成，預(yù)計(jì)至2050年，更會(huì)成為第二大全球用電需求。

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孫慶平教授表示：「未來(lái)，隨著材料科學(xué)和機(jī)械工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有信心彈卡制冷技術(shù)有望成為下一代環(huán)保、高效的制冷和供暖解決方案，以滿(mǎn)足全球龐大的制冷市場(chǎng)需求，為減碳和緩減全球暖化作出貢獻(xiàn)。」

是項(xiàng)研究由孫慶平教授及姚舒懷教授帶領(lǐng)，二人同任通訊作者；博士后研究員及港科大機(jī)械工程學(xué)哲學(xué)博士畢業(yè)生周?chē)?guó)安博士為第一作者。其他共同作者包括機(jī)械工程學(xué)哲學(xué)博士生李澤希、機(jī)械工程學(xué)哲學(xué)博士畢業(yè)生朱宇翔和華鵬，以及武漢大學(xué)的研究人員。