香港科技大學（港科大）工學院的一支研究團隊開發(fā)了一個新型環(huán)保制冷裝置，其制冷效率大幅增加逾48%，刷新世界紀錄，有望減少全球能源消耗之余，亦可為依賴制冷技術(shù)的行業(yè)帶來改革轉(zhuǎn)型。彈卡制冷技術(shù)的效能大幅提升，亦有助推動這項顛覆性技術(shù)的商業(yè)化，并減低傳統(tǒng)制冷技術(shù)對環(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環(huán)境造成污染。有鑒于此，科學家一直研究對環(huán)境友善的替代方案，當中以「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，卻相對較小—如約20-50 K，大大阻礙了這一新興技術(shù)的商業(yè)化。

為了應對這個挑戰(zhàn)，機械及航空航天工程學系的孫慶平教授與姚舒懷教授率領(lǐng)其研究團隊，研發(fā)了一種多材料級聯(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。通過匹配各單元的工作溫度與相應的相變溫度，整體裝置的超彈性溫度窗口擴大至100 K以上，使得每個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。該多材料級聯(lián)彈卡制冷裝置在水側(cè)實現(xiàn)了75 K的溫跨，超越了之前的50.6 K世界紀錄。這項研究突破最近發(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，研究團隊在彈卡制冷材料和結(jié)構(gòu)取得豐碩的研究成果，包括成功申請多項專利以及多次在國際頂級期刊上發(fā)表論文。建基這些成果上，團隊將進一步開發(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熱泵應用。他們將繼續(xù)優(yōu)化材料特性，并開發(fā)高能效制冷系統(tǒng)，以推動這一顛覆性技術(shù)的商業(yè)化。

現(xiàn)時，空間制冷和供暖占全球總電力消耗的兩成，預計至2050年，更會成為第二大全球用電需求。

多材料級聯(lián)彈卡回熱器及性能比較。

孫慶平教授表示：「未來，隨著材料科學和機械工程技術(shù)的不斷進步，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，以滿足全球龐大的制冷市場需求，為減碳和緩減全球暖化作出貢獻?！?

是項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械工程學哲學博士畢業(yè)生周國安博士為第一作者。其他共同作者包括機械工程學哲學博士生李澤希、機械工程學哲學博士畢業(yè)生朱宇翔和華鵬，以及武漢大學的研究人員。