更(geng)加高效、節能(neng)、綠色、便(bian)攜的(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)方式(shi)是人類不懈(xie)探索的(de)(de)方向(xiang)。近日，在線出版的(de)(de)《科學》（Science）雜志刊(kan)文，報道了中美科學家(jia)聯合研究團隊發(fa)(fa)現的(de)(de)一種柔性制(zhi)(zhi)冷(leng)新策略——“扭熱制(zhi)(zhi)冷(leng)”。研究團隊發(fa)(fa)現，改變(bian)纖(xian)維內部的(de)(de)捻度可以實現降溫(wen)。由(you)于制(zhi)(zhi)冷(leng)效率更(geng)高、體積更(geng)小且(qie)適(shi)用于多種普通材料，基于該技術制(zhi)(zhi)成的(de)(de)“扭熱冰(bing)箱”也變(bian)得前(qian)景(jing)可期。

　　這項成果來自于南(nan)開大(da)學(xue)藥(yao)物(wu)化學(xue)生物(wu)學(xue)國家重(zhong)點實(shi)驗室、藥(yao)學(xue)院、功能(neng)高分子(zi)教(jiao)(jiao)育部重(zhong)點實(shi)驗室劉(liu)遵峰教(jiao)(jiao)授團隊與美國德克薩斯(si)州立大(da)學(xue)達拉(la)斯(si)分校(xiao)教(jiao)(jiao)授、南(nan)開大(da)學(xue)楊石先講座教(jiao)(jiao)授雷·鮑曼（Ray H.Baughman）團隊的合(he)作(zuo)研究。

　　降低溫度一“扭”就行

　　根據國際(ji)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)研究機構的(de)(de)(de)數據統計，目前(qian)世界上使用空調(diao)和冰(bing)箱(xiang)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)消耗的(de)(de)(de)電能(neng)約(yue)占(zhan)全球(qiu)電能(neng)損耗的(de)(de)(de)20%。如今(jin)被(bei)廣泛(fan)應用的(de)(de)(de)空氣(qi)壓縮原理(li)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)，其卡諾效率一般(ban)低(di)于(yu)60%，傳統冰(bing)箱(xiang)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)過程釋放出的(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)正在(zai)加劇地(di)球(qiu)變暖(nuan)。隨著(zhu)人類對制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)需求的(de)(de)(de)增加，探索新型(xing)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)理(li)論和方案，進一步提高制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)效率，降低(di)成本(ben)并減小制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)尺寸，成為當務之(zhi)急。

　　天然橡(xiang)膠拉伸會發熱(re)，縮回后(hou)溫度會降(jiang)低(di)，這種現象叫“彈熱(re)制(zhi)冷”，早(zao)在19世紀早(zao)期就(jiu)已經被(bei)發現。但是(shi)，要得到(dao)較好(hao)的(de)(de)制(zhi)冷效(xiao)果，需要預先(xian)將橡(xiang)膠拉伸至自身長度的(de)(de)6到(dao)7倍，然后(hou)縮回去。這意味的(de)(de)制(zhi)冷需要很大的(de)(de)體積。而且，目前(qian)“彈熱(re)制(zhi)冷”的(de)(de)卡諾效(xiao)率比較低(di)，通常(chang)只有約32%。

　　而(er)通過“扭熱制(zhi)冷(leng)”技術，研究(jiu)人員將纖維狀的橡膠彈(dan)性體拉長一(yi)(yi)(yi)倍（100%應(ying)變(bian)），之后把兩端(duan)固定，從一(yi)(yi)(yi)端(duan)旋轉(zhuan)加(jia)捻，使(shi)其形成一(yi)(yi)(yi)種(zhong)超螺旋結構(gou)。隨后快速解捻，橡膠纖維的溫度(du)降低15.5攝氏度(du)。

　　“這(zhe)一結果(guo)高于使用‘彈熱制(zhi)冷(leng)(leng)’技術(shu)的(de)降溫：拉長7倍的(de)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)收縮降溫為12.2攝氏(shi)度。而如果(guo)既把橡(xiang)膠(jiao)(jiao)加(jia)捻又伸長，然后(hou)同時釋放(fang)，該(gai)‘扭熱制(zhi)冷(leng)(leng)’降溫可(ke)達16.4攝氏(shi)度。”劉遵峰說，獲得(de)相同降溫效(xiao)果(guo)的(de)情況下，“扭熱制(zhi)冷(leng)(leng)”的(de)橡(xiang)膠(jiao)(jiao)體積僅為“彈熱制(zhi)冷(leng)(leng)”橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)七分之二(er)，其(qi)卡諾效(xiao)率卻可(ke)達67%，遠高于空氣壓縮原(yuan)理制(zhi)冷(leng)(leng)。

　　釣魚線、紡織(zhi)線也能制冷

　　研(yan)究(jiu)人員介(jie)紹(shao)，橡(xiang)膠作為(wei)“扭(niu)(niu)熱制冷(leng)”材(cai)(cai)料，還有很多(duo)空間可以(yi)改進。比如，橡(xiang)膠質地較(jiao)(jiao)軟，需要(yao)捻(nian)很多(duo)圈(quan)才(cai)能(neng)獲(huo)得比較(jiao)(jiao)明顯的(de)降(jiang)溫，其傳熱速度較(jiao)(jiao)慢，還需要(yao)考慮材(cai)(cai)料的(de)反復(fu)使用、耐久性等問題。因此，探索其他“扭(niu)(niu)熱制冷(leng)”材(cai)(cai)料成為(wei)研(yan)究(jiu)團隊的(de)一(yi)個重要(yao)突破(po)方向。

　　“有(you)趣的是(shi)，我們發現(xian)，‘扭熱(re)制冷(leng)’方案也適用于釣魚(yu)線(xian)、紡(fang)織線(xian)。之前，人們并(bing)沒有(you)意識(shi)到這些普通(tong)的材料可以用來進(jin)行制冷(leng)。”劉遵峰說。

　　研究人員先將這(zhe)些剛性高分子纖維加捻并形成螺旋結構。拉(la)伸該螺旋可以(yi)升溫，螺旋縮回后(hou)溫度降低。

　　實驗發現(xian)，使用“扭熱制冷”技術(shu)，聚乙(yi)烯編織(zhi)線可以產生5.1攝氏度(du)的(de)(de)降溫(wen)，而直接拉伸并釋放該(gai)材(cai)料卻幾乎觀察不到溫(wen)度(du)變(bian)化。“這種聚乙(yi)烯纖維的(de)(de)‘扭熱制冷’原理是(shi)在拉伸—收縮過程中，螺(luo)旋內部捻(nian)度(du)降低，從(cong)而導致能量的(de)(de)變(bian)化。”劉遵峰(feng)說(shuo)，這些比較堅(jian)硬的(de)(de)材(cai)料，比橡膠(jiao)纖維更為耐久(jiu)，而且在拉伸很短的(de)(de)情況下，降溫(wen)幅度(du)也(ye)超過橡膠(jiao)。

　　研(yan)究(jiu)人員還發(fa)現(xian)，將“扭(niu)熱制(zhi)(zhi)冷”技術應(ying)用于強(qiang)度更大、傳熱更快(kuai)的鎳鈦形狀記憶合(he)金時，制(zhi)(zhi)冷效果(guo)更佳，且只需較低的捻度，就會獲得比較大的降溫。

　　例如將四根鎳鈦合(he)金絲(si)放在一(yi)起加捻(nian)，解捻(nian)后******降(jiang)(jiang)溫可達20.8攝氏度，整(zheng)體平均降(jiang)(jiang)溫也可達到18.2攝氏度。“這要略(lve)高(gao)于使用‘彈熱制冷’技術獲得的17.0攝氏度降(jiang)(jiang)溫。一(yi)個制冷周期，只(zhi)需要30秒左右(you)。”劉遵峰說。

　　新技術(shu)未來可用(yong)于冰箱(xiang)

　　基于“扭熱制冷”技(ji)術，研(yan)究人員制作(zuo)了一個冰箱(xiang)模型，可對流(liu)動(dong)的水(shui)進行降溫。他們使用(yong)三根鎳鈦(tai)合金絲作(zuo)為制冷材料(liao)，每厘米旋(xuan)轉0.87圈(quan)，可以獲得7.7攝(she)氏度的降溫。

　　“這項(xiang)發(fa)現距離(li)‘扭熱冰箱’的商(shang)業化(hua)依(yi)然有很長的路要走(zou)，機遇與挑戰并存。”雷·鮑曼說。劉遵峰認為，該研究發(fa)現的這種新型制(zhi)冷(leng)技術，為制(zhi)冷(leng)領域擴充了一(yi)個新的板塊。將為降低制(zhi)冷(leng)領域能源(yuan)損耗提供一(yi)種新的途徑。

　　“扭熱制(zhi)(zhi)冷(leng)”中(zhong)(zhong)的(de)(de)另(ling)外一個特(te)殊現(xian)象是纖(xian)維(wei)不同部位(wei)呈(cheng)現(xian)不同的(de)(de)溫度(du)，這(zhe)是由(you)于纖(xian)維(wei)加捻產生的(de)(de)螺旋(xuan)沿纖(xian)維(wei)長度(du)方(fang)向的(de)(de)周期性分布所致。研究人員將鎳鈦合金絲(si)表面涂上熱致變(bian)(bian)色涂料(liao)，可(ke)(ke)以(yi)制(zhi)(zhi)成(cheng)“扭熱制(zhi)(zhi)冷(leng)”變(bian)(bian)色纖(xian)維(wei)。在加捻和(he)解(jie)捻的(de)(de)過程中(zhong)(zhong)，該纖(xian)維(wei)會(hui)發生可(ke)(ke)逆(ni)的(de)(de)顏(yan)色變(bian)(bian)化(hua)。“它可(ke)(ke)用作新(xin)型(xing)傳感元件，對纖(xian)維(wei)捻度(du)進行遠(yuan)程光學測量。比如，通過使用肉眼觀(guan)察顏(yan)色的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)，就可(ke)(ke)以(yi)知道遠(yuan)處(chu)的(de)(de)材(cai)料(liao)轉了幾圈，這(zhe)是一種非常簡(jian)易的(de)(de)傳感器。”劉(liu)遵峰說(shuo)，基于“扭熱制(zhi)(zhi)冷(leng)”原理，一些纖(xian)維(wei)也可(ke)(ke)用于智能變(bian)(bian)色織物。                                                                                       本文來自：中(zhong)(zhong)國制(zhi)(zhi)冷(leng)網