Недавно исследовательская группа под руководством профессора Сунь Цинпина с факультета машиностроения и аэрокосмической техники Университета науки и технологий Гонконга успешно разработала первое в мире устройство для эластокалорического охлаждения, способное работать при температурах ниже нуля градусов Цельсия, достигая минимальной температуры -12°C. Соответствующие результаты исследования были опубликованы в авторитетном международном журнале Nature в статье под названием «Эластокалорическое охлаждение ниже нуля Цельсия с помощью сплавов с низкой температурой перехода».
Данное исследование предлагает новый путь твердотельного охлаждения на основе эластокалорического эффекта в сплавах с памятью формы для решения проблемы высокого энергопотребления и выбросов в глобальной холодильной промышленности. Традиционная технология парового сжатия зависит от хладагентов с высоким потенциалом глобального потепления, тогда как эластокалорическая технология охлаждения использует свойство никель-титанового сплава (нитинола) поглощать и выделять скрытую теплоту в процессе циклического фазового перехода для достижения охлаждения, полностью исключая выбросы парниковых газов и обладая потенциалом высокой энергоэффективности. Однако ранее эта технология применялась только в кондиционировании воздуха при комнатной температуре и была непригодна для замораживания. В данном исследовании, благодаря синергетическим инновациям в материалах, жидкостях и конструкции, эластокалорическое охлаждение впервые было расширено до диапазона температур ниже нуля: использован нитинол с высоким содержанием никеля для снижения температуры фазового перехода; выбран водный раствор хлорида кальция с низкой температурой замерзания в качестве теплоносителя для обеспечения текучести при низких температурах; разработана устойчивая к давлению каскадная трубчатая структура для повышения эффективности и надежности теплообмена.
В эксперименте это настольное устройство работало на частоте 1 Гц и успешно создало разницу температур в 36°C при условии источника тепла комнатной температуры, достигнув температуры холодной стороны -12°C. В реальной демонстрации система успешно стабилизировала температуру воздуха внутри изолированной камеры на уровне -4°C в течение 60 минут и заморозила дистиллированную воду в лёд за 2 часа, подтвердив свою реальную способность к замораживанию. При нулевой разнице температур удельная холодопроизводительность на единицу массы может достигать 1,43 Вт/г, а при предположении идеального рекуперативного цикла коэффициент эффективности системы может достигать 3,4, демонстрируя хороший прикладной потенциал.
Это достижение имеет большое значение для глобального сокращения выбросов. По оценкам, годовые глобальные выбросы гидрофторуглеродов (ГФУ) к 2025 году превысят 1,2 миллиарда тонн в эквиваленте CO₂, из которых около 27% приходится на применение в замораживании ниже нуля. Успешная демонстрация этой технологии замораживания с нулевыми выбросами предоставляет жизнеспособное решение для замены традиционных технологий с высокими выбросами. При широком внедрении она потенциально может сократить выбросы примерно на 330 миллионов тонн CO₂-эквивалента в год. Исследовательская группа сотрудничает с промышленностью для продвижения её коммерциализации и, продолжая оптимизировать материалы, конструкцию и интеграцию систем, стремится повысить энергоэффективность и плотность мощности, предоставляя ключевую технологическую поддержку для перехода холодильной промышленности к низкоуглеродным технологиям.
Детали публикации: Авторы: Guoan Zhou и др., Название: «Эластокалорическое охлаждение ниже нуля Цельсия с помощью сплавов с низкой температурой перехода», Опубликовано в: Nature (2026). Информация о журнале: Nature
