Učinkovitiji, energetski štedljiviji, zeleniji i prijenosni način hlađenja smjer je ljudskog neprestanog istraživanja.Nedavno je online članak u časopisu Science izvijestio o novoj fleksibilnoj strategiji hlađenja koju je otkrio zajednički istraživački tim kineskih i američkih znanstvenika - "torzijsko hlađenje toplinom".Istraživački tim otkrio je da se promjenom uvijanja unutar vlakana može postići hlađenje.Zbog veće učinkovitosti hlađenja, manjih dimenzija i primjenjivosti na različite obične materijale, “hladnjak s upletenom toplinom” izrađen prema ovoj tehnologiji također je postao perspektivan.
Ovo postignuće proizašlo je iz zajedničkog istraživanja tima profesora Liu Zunfenga iz Državnog ključnog laboratorija za medicinsku kemiju Biologija, Farmaceutskog fakulteta i Ključnog laboratorija za funkcionalne polimere Ministarstva obrazovanja Sveučilišta Nankai, i tima Raya H. Baugmana , profesor Državnog sveučilišta Texas, podružnica u Dallasu, i Yang Shixian, docent Sveučilišta Nankai.
Samo smanji temperaturu i zavrti ga
Prema podacima Međunarodnog instituta za istraživanje hlađenja, potrošnja električne energije klima uređaja i hladnjaka u svijetu trenutno čini oko 20% globalne potrošnje električne energije.Danas naširoko korišteni princip hlađenja kompresijom zraka općenito ima Carnotovu učinkovitost manju od 60%, a plinovi koje oslobađaju tradicionalni rashladni procesi pogoršavaju globalno zatopljenje.Uz sve veću potražnju ljudi za hlađenjem, istraživanje novih teorija hlađenja i rješenja za daljnje poboljšanje učinkovitosti hlađenja, smanjenje troškova i smanjenje veličine rashladne opreme postalo je hitan zadatak.
Prirodna guma stvara toplinu kada se rasteže, ali temperatura će se smanjiti nakon uvlačenja.Taj se fenomen naziva “elastično toplinsko hlađenje” koje je otkriveno još početkom 19. stoljeća.Međutim, kako bi se postigao dobar učinak hlađenja, gumu je potrebno prethodno rastegnuti na 6-7 puta veću duljinu od vlastite duljine i zatim uvući.To znači da je za hlađenje potreban veliki volumen.Štoviše, trenutna Carnotova učinkovitost "toplinskog hlađenja" je relativno niska, obično samo oko 32%.
Kroz tehnologiju "torzionog hlađenja", istraživači su rastegnuli vlaknasti gumeni elastomer dvaput (100% rastezanje), zatim fiksirali oba kraja i uvrnuli ga s jednog kraja kako bi formirali strukturu Superhelix.Nakon toga je došlo do brzog odmotavanja, a temperatura gumenih vlakana se smanjila za 15,5 stupnjeva Celzijusa.
Ovaj rezultat je veći od učinka hlađenja korištenjem tehnologije 'elastično toplinsko hlađenje': guma koja je rastegnuta 7 puta dulje skuplja se i hladi na 12,2 stupnja Celzijusa.Međutim, ako se guma uvrne i produži, a zatim otpusti istovremeno, 'torzijsko toplinsko hlađenje' može se ohladiti na 16,4 stupnja Celzijusa.Liu Zunfeng je rekao da pod istim rashladnim učinkom, volumen gume "torzionog toplinskog hlađenja" iznosi samo dvije trećine volumena gume za "elastično toplinsko hlađenje", a njegova Carnotova učinkovitost može doseći 67%, daleko bolja od principa zračnog kompresijsko hlađenje.
Konac za pecanje i tekstilni konac također se mogu hladiti
Istraživači su predstavili da još uvijek ima puno prostora za poboljšanje gume kao materijala za "torzijsko hlađenje topline".Na primjer, guma ima mekanu teksturu i zahtijeva mnogo uvijanja kako bi se postiglo značajno hlađenje.Brzina prijenosa topline mu je spora i potrebno je uzeti u obzir pitanja kao što su opetovana uporaba i trajnost materijala.Stoga je istraživanje drugih materijala za "torzijsko hlađenje" postalo važan smjer proboja za istraživački tim.
Zanimljivo je da smo otkrili da je shema 'torzijskog toplinskog hlađenja' također primjenjiva na ribolovne i tekstilne užadi.Ranije ljudi nisu shvaćali da se ti obični materijali mogu koristiti za hlađenje, rekao je Liu Zunfeng.
Istraživači su prvo uvijali ta kruta polimerna vlakna i formirali spiralnu strukturu.Istezanje spirale može povisiti temperaturu, ali nakon povlačenja spirale temperatura se smanjuje.
Eksperiment je otkrio da upotrebom tehnologije "torzionog toplinskog hlađenja", polietilenska pletena žica može generirati pad temperature od 5,1 stupanj Celzijusa, dok se materijal izravno rasteže i otpušta gotovo bez uočene promjene temperature.Načelo 'torzijskog toplinskog hlađenja' ove vrste polietilenskih vlakana je da se tijekom procesa rastezanja i kontrakcije smanjuje unutarnje uvijanje spirale, što dovodi do promjena u energiji.Liu Zunfeng je rekao da su ovi relativno tvrdi materijali izdržljiviji od gumenih vlakana, a brzina hlađenja premašuje brzinu hlađenja gume čak i kada se vrlo kratko rastegnu.
Istraživači su također otkrili da primjena tehnologije "torzionog toplinskog hlađenja" na legurama s pamćenjem oblika nikla i titana s većom čvrstoćom i bržim prijenosom topline rezultira boljom izvedbom hlađenja, a za postizanje većeg učinka hlađenja potrebno je samo niže uvijanje.
Na primjer, upredanjem četiriju žica od legure nikla i titana, maksimalni pad temperature nakon odmotavanja može doseći 20,8 stupnjeva Celzijusa, a ukupni prosječni pad temperature također može doseći 18,2 stupnja Celzijusa.To je malo više od hlađenja od 17,0 stupnjeva Celzijusa postignutog tehnologijom 'termalnog hlađenja'.Jedan ciklus hlađenja traje samo oko 30 sekundi, rekao je Liu Zunfeng.
Nova tehnologija može se koristiti u hladnjacima u budućnosti
Na temelju tehnologije "torzionog hlađenja toplinom", istraživači su stvorili model hladnjaka koji može hladiti tekuću vodu.Koristili su tri žice od legure nikla i titana kao rashladne materijale, rotirajući 0,87 okretaja po centimetru kako bi postigli hlađenje od 7,7 stupnjeva Celzijusa.
Pred ovim otkrićem još je dug put prije komercijalizacije 'hladnjaka s upletenom toplinom', s prilikama i izazovima,” rekao je Ray Bowman.Liu Zunfeng vjeruje da je nova tehnologija hlađenja otkrivena u ovoj studiji proširila novi sektor u području hlađenja.Osigurat će novi način smanjenja potrošnje energije u području hlađenja.
Drugi poseban fenomen u "torzijskom toplinskom hlađenju" je da različiti dijelovi vlakna pokazuju različite temperature, što je uzrokovano periodičnom raspodjelom spirale koja nastaje uvijanjem vlakna duž smjera duljine vlakna.Istraživači su premazali površinu žice od legure nikla i titana s Thermochromism premazom kako bi napravili "torzijsko hlađenje" vlakno koje mijenja boju.Tijekom procesa uvijanja i odmotavanja, vlakno prolazi kroz reverzibilne promjene boje.Može se koristiti kao novi tip senzorskog elementa za daljinsko optičko mjerenje upletenosti vlakana.Na primjer, promatrajući promjene boje golim okom, može se znati koliko je okretaja materijal napravio u daljini, što je vrlo jednostavan senzor.“Liu Zunfeng je rekao da se na temelju principa “torzionog toplinskog hlađenja” neka vlakna mogu koristiti i za tkanine s inteligentnom promjenom boje.
Vrijeme objave: 13. srpnja 2023