在世界各地的制冷和暖通空调系统中，目前的冷却技术在效率和对环境的影响方面都已经达到了顶峰。

 

由美国马里兰大学领导的一个国际研究小组开发了一种新型弹性热冷却材料，这种材料高效、环保，而且很容易用于商业用途。

 

研究人员的新冷却材料是一种镍钛合金，使用添加剂技术(3-D打印)雕刻而成。他们的研究成果发表在2019年11月29日的《科学》杂志上。

 

用于全球制冷和暖通空调系统的制冷技术是一项价值数十亿美元的业务。蒸汽压缩冷却技术在市场上占据了超过150年的主导地位，目前其效率已趋于稳定，使用的化学制冷剂具有很高的全球变暖潜力。在固态弹性热冷却技术中，应力作用于材料以释放和吸收(潜热)热量，这一技术在过去十年中一直处于研发阶段，是替代冷却技术的领跑者。研究发现，形状记忆合金表现出明显的弹性热冷却效应;然而，滞后现象仍然是一个挑战。滞后现象是指在每个周期中损失的功，会导致此类材料的疲劳和最终失效。

 

由UMD材料科学与工程(MSE)教授竹内一郎领导的国际合作团队，已经开发出一种改进的弹性热冷却材料，使用镍(Ni)-钛(Ti)金属混合物，使用3D打印机锻造，不仅可能比目前的技术更有效，而且是完全“绿色”的。此外，它还可以迅速扩大规模，用于更大的设备。

 

”在这种替代冷却技术领域,它是非常重要的在材料结束工作,以及系统结束——我们很幸运拥有一个高素质的团队专家马里兰大学,大学公园两端工作,“竹内教授说。“只有当这两种努力紧密结合，你才能取得快速进展，我们的团队就能做到这一点。”

 

相对而言，有三种热冷却技术-磁热，电热和弹性热-所有这些都是“绿色”和无蒸汽的。Magnetocaloric是这三种方法中最古老的一种，已经开发了40年，现在即将商业化。天富平台登录

 

Takeuchi说:“在这个领域，对添加剂技术，也就是3D打印技术的需求尤为迫切，因为这些材料还可以充当热交换器，将冷却传递到诸如水这样的介质。”

 

竹内发展这种技术了将近10年——他获得了杰出的发明UMD格式的这项研究,2010年,美国能源部排名elastocaloric冷却,也称为热弹性冷却,# 1的最有前途的替代冷却技术在2014年,它是商业化更近一步。

 

Takeuchi说:“这项创新的关键是根本的，但不常被讨论的是材料的疲劳——它们会磨损。”“当人们期望他们的冰箱能使用十年或更久时，这就成了一个问题。所以，我们在研究中解决了这个问题。”

 

团队在四个月的时间里对他们的产品进行了大量的测试，仍然保持了它的完整性。“一些已知的弹性热材料在几百个循环之后就开始出现冷却性能退化。令我们惊讶的是，我们合成的新材料经过100万次循环后没有变化，”该研究的第一作者、材料科学与工程系博士后侯慧龙说。

 

金属添加剂制造使用激光融化，然后混合，以粉末形式的金属。通过控制粉末的进给，该团队能够生产纳米复合材料，这使得材料具有强大的机械完整性。天富平台登录

 

该研究团队还包括美国能源部艾姆斯实验室的科学家，艾姆斯实验室位于爱荷华州的艾姆斯，3D打印技术就是在那里进行的，还有来自科罗拉多州戈尔登市科罗拉多矿业学院的研究人员，他们帮助研究了打印材料的内部结构。

 

资金由美国能源部(DOE)的高级研究计划局(ARPA-E)提供，在ARPA-E DEAR0000131的资助下，支持马里兰大学形状记忆合金的原始表征。激光工程网络整形(透镜)设备的使用得到了关键材料研究所的支持，关键材料研究所是一个由美国能源部能源效率和可再生能源办公室的先进制造办公室资助的能源创新中心。根据与爱荷华州立大学签订的DE-AC02-07CH11358合同，Ames实验室的工作也得到了能源部科学办公室基础能源科学项目材料科学和工程部的支持。