HKUST
Фахівці зі Школи інженерії Гонконзького університету науки та технологій розробили новий гнучкий сплав з титану та ніобію, що нагрівається під час розтягування та охолоджується під час стискання.
Зазначається, що іноваційний сплав Ti₇₈Nb₂₂ нагрівається та охолоджується у 20 разів ефективніше за звичайні метали. Це робить його альтернативою традиційним технологіям парокомпресійного нагріву та охолодження.
Тоді як традиційні метали під час розтягування нагріваються не більше ніж на 0,2°С, температура цього сплаву змінюється на 4-5°С за рахунок явища, що зветься термопружним ефектом. Властивості сплаву можна порівняти із сучасними системами охолодження, які використовують спеціальні гази та хімікати у якості холодоагентів.
Сплав досягає 90% від ефективності ідеального циклу Карно, що слугує межею ідеального теплового циклу. При цьому традиційні твердотілі насоси обмежені 50–70% від ідеального циклу Карно.
«Це відкриття змінює давнє і усталене уявлення про те, що термопружний ефект занадто слабкий, щоб бути корисним. Наші дослідження показують, що лінійна пружна деформація сама по собі може використовуватися для високоенергоефективного теплового перекачування», — наголошують дослідники.
За їхніми словами, схожі сплави з особливими властивостями, що змінюють форму та температуру під тиском та звуться феропружними, здатні змінювати власну температуру ще більше — приблизно на 22°С.
Наразі системи опалення та охолодження складають половину світового споживання енергії, переважно за рахунок спалювання викопного палива. Традиційні теплові насоси, що використовують фазові переходи, менш ефективні і потребують використання хімікатів і газів у якості холодоагентів, що посилює глобальне потепління. Запропонований сплав Ti₇₈Nb₂₂ не виділяє парникових газів, піддається повній переробці і працює без необхідності складних фазових переходів.
«Ця технологія забезпечує перетворююче рішення для заміни опалення на викопному паливі. Сплав може застосовуватися в будівлях, промисловості і навіть компактних пристроях, знижуючи енерговитрати на 20–30% і викиди вуглецю», — пояснює провідний автор дослідження доктор Лі Цяо.
Ti78Nb22 може стати основою теплових насосів нового покоління. Вчені вже розробляють прототипи для промисловості та пантентують технологію. Сплави можуть зробити системи ще потужнішими, охолоджуючи приміщення з 30 °C до 21 °C за 15 хвилин. Це особливо важливо, оскільки кондиціювання займає 20% світової електроенергії.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature
Джерело: InterestingEngineering