米兰官网-不用制冷剂的“冰柜”来了！—新闻—科学网

于全世界天气变暖危机日趋严重、制冷需求连续爬升确当下，传统冷冻技能因其高能耗与高排放问题，成为可连续成长门路上的“绊脚石”。日前，《天然》于线发表了中国香港科技年夜学机械和航空航天工程学系讲座传授孙庆平团队最新结果：他们乐成研发出全世界首台可以或许到达零下摄氏度的绿色弹卡冷冻装配，实现了低至-12℃的制冷效果。

“这一冲破标记着绿色弹卡冷冻技能的运用规模，乐成从室内空调制冷扩大至要求更严苛的全世界冷冻业。”论文通信作者孙庆平对于《中国科学报》暗示，该“冰柜”彻底无需传统制冷剂的零排放立异技能，为冷冻业的绿色低碳转型提供了切实可行的“中国方案”，为全世界应答天气变化孝敬了要害科技气力。

直面冷冻业“脱碳”难题

全世界变暖的紧急性与制冷需求的快速增加形成为了锋利抵牾。今朝主流的蒸气压缩制冷技能，于为咱们带来清冷与保鲜的同时，也因其遍及利用氢氟烃等强效温室气体作为制冷剂，成了主要的碳排放源。

据统计，全世界氢氟烃类制冷剂的年排放量估计于2025年将跨越12亿吨二氧化碳当量，此中约27%（约3.3亿吨）来自在零度如下的冷冻运用，如食物冷链、医疗冷藏等。冷冻业市场范围与空调业相称，其“脱碳”需求刻不容缓。

弹卡冷冻技能作为一种革命性的环保替换方案，早已经进入科学家视线。它摒弃了传统气体系体例冷剂，使用镍钛外形影象合金于遭到轮回应力时发生固态相变，并接收或者开释年夜量潜热的特征来制冷。该技能生成具有零直接排放与高能效潜力两年夜上风。然而，持久以来，该技能仅能运用在高在0℃的空调温区，怎样让其进入零下冷冻市场，成为学术界与财产界亟待霸占的焦点难题。

论文第一作者、中国香港科技年夜学机械和航空航天工程学系研究助理传授周国安先容，团队的这次“破冰”，表现于质料、传热流体和制冷布局的精心设计上。于质料选择方面，团队选用高镍含量（51.2 at%）的二元镍钛合金，并经由过程身分调控将奥氏体竣事温度降至-20.8℃。这类合金于低至-20℃的情况下，依然可以或许揭示出优秀的超弹性及显著的相变潜热，其绝热温变峰值于0℃时可达16.3℃，有用事情温窗宽达48.5℃，为制冷提供了强盛的质料基础。

传热流体的选择一样至关主要。团队采用30 wt%的氯化钙水溶液作为传热物资，该溶液凝集点低，于低温运行时仍能连结优良的流动性，有用防止了冰晶拥塞的问题。同时，它与镍钛合金外貌具备优良的潮湿性，可以或许降低接触热阻，显著晋升传热效率。

于制冷布局设计上，装备采用了压缩式自动回热布雷顿轮回，回热器由八个管状镍钛合金单位级联组成，每一个单位包罗三个薄壁管布局。这类怪异的设计扩展了传热面积与体积比（达8.68 妹妹-1），而且颠末X光计较机断层扫描证明，能于900 MPa压应力下实现匀称压缩而不屈曲，确保了制冷历程的不变性及高效性。

基在这些立异，一台体积为1.0×0.5×0.5m3（0.25立方米）的桌面型道理样机降生了。测试成果使人振奋：于1赫兹运行频率下，绿色弹卡冷冻装配乐成实现了从约24℃室温到-12℃冷源的超过，温差高达36℃，这是该范畴初次冲破零下年夜关。

超过“三重”挑战

将弹卡冷冻技能推入零下范畴，绝非易事。这是一次对于质料科学、热力学与机械工程极限的挑战。

首当其冲的是质料关。传统外形影象合金的相变温度较高，于零下情况会“掉活”，损失超弹性与潜热开释能力。怎样于包管质料机械强度、抗疲惫寿命的条件下，经由过程原子标准的身分设计，将其相变温度窗口年夜幅下移，是第一个需要翻越的“雪山”。孙庆平团队对于镍钛合金配比的精准掌握，乐成找到了阿谁能于零下“起舞”的合金配方。

其次是热治理关。于零下低温区，传热流体的选择变患上异样苛刻。它必需兼具低凝集点、高流动性、高热容及高导热性，同时还有要与合金质料“相处融洽”，不克不及腐化或者孕育发生太高热阻。平凡水或者乙二醇溶液已经没法满意要求。采用氯化钙水溶液这一选择，表现了团队于传热介质范畴的深挚堆集与巧妙构想。

末了是布局与体系集成关。弹卡制冷依靠在对于合金质料施加轮回的机械应力（压缩/开释）。于低温、高频的严苛工况下，怎样设计一种机械布局，既能将应力匀称、高效地通报给每个合金单位，最年夜化其相变潜热使用，又要确保布局自身于持久轮回载荷下稳定形、不疲惫，这对于机械设计与制造工艺提出了极高要求。级联式薄壁管布局以和高达900 MPa的匀称承压能力，恰是霸占此关的钥匙。

据先容，于户外实测中，绿色弹卡冷冻装配孕育发生的低温流体乐成将一个小型隔热腔室的空气温度于60分钟内不变于-4℃，并于两小时内将20毫升水彻底冻结成冰，充实证实了其高效冷冻能力。机能指标显示，其体系能效最高可达3.4，单元质量制冷功率达每一克1.43瓦，揭示出卓着的节能与制冷潜力。

有望重塑冷冻业格式

“咱们正与业界合作无懈，踊跃鞭策技能的贸易化。”面临这一重磅结果，孙庆平团队的眼光已经投向更远的将来。孙庆平暗示，该研究结果充实展示了弹卡冷冻技能年夜范围运用的潜力，今朝团队正与业界合作无懈，踊跃鞭策技能的贸易化进程。

为实现这一方针，团队将借助外形影象合金质料、制造工艺、热力学设计和体系工程技能的不停前进，致力在优化弹卡冷冻体系的效率、功率密度及成本竞争力。经由过程连续研发及立异，团队但愿可以或许实现更年夜的冷冻功率、更高的效能，使这项技能更好地满意市场需求，于更广泛范畴获得运用。

中国香港科技年夜学潘乐陶天气变化与可连续成长研究中央主任陆萌茜评价道，团队于弹卡冷冻技能范畴取患上的新冲破，标记着中央于应答天气变化方面取患了庞大进展。孙庆平和周国安作为中央成员，充实展示了团队于科研范畴的强盛实力及连续立异能力。

记者相识到，弹卡制冷技能是一种基在弹卡效应的固态制冷要领，经由过程施加机械应力引诱质料发生可逆相变，从而实现制冷或者制热，该技能作为绿色低碳制冷的新兴方案，有望替换传统蒸气压缩技能。

绿色弹卡冷冻装配的乐成研制，其意义远不止在一台原型机。它从道理上验证了零排放冷冻技能的可行性，为全世界裁减高GWP（全世界变暖潜能值）制冷剂提供了极具竞争力的技能备选方案。据团队估算，若该技能于全世界冷冻范畴得到广泛运用，每一年有望削减约3.3亿吨二氧化碳当量的温室气体排放，成为实现全世界天气方针的主要气力。

“跟着全世界对于氢氟碳化物的管控日益严酷，这项零排放、低耗能的弹卡冷冻技能，有望从底子上重塑冷冻业的格式。”孙庆平认为，该研究结果不单单是一项顶尖的学术结果，更是一份面向将来的“绿色宣言”，预示着人类于获取低温的征途上，找到了一条与地球生态及谐共生的新路。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09946-4