Больш эфектыўны, энергазберагальны, экалагічна чысты і партатыўны метад астуджэння - гэта кірунак бесперапыннага даследавання чалавека.Нядаўна ў інтэрнет-артыкуле ў часопісе Science паведамлялася аб новай гнуткай стратэгіі астуджэння, адкрытай сумеснай даследчай групай кітайскіх і амерыканскіх навукоўцаў - "тарсіённае цеплавое астуджэнне".Даследчая група выявіла, што змяненне скручвання ўнутры валокнаў можа дасягнуць астуджэння.Дзякуючы больш высокай эфектыўнасці астуджэння, меншым памерам і прымяняльнасці да розных звычайных матэрыялаў перспектыўным стаў і выраблены па дадзенай тэхналогіі «халадзільнік вітога цяпла».
Гэта дасягненне вынік сумесных даследаванняў групы прафесара Лю Цзуньфена з Дзяржаўнай ключавой лабараторыі медыцынскай хіміі, біялогіі Фармацэўтычнага факультэта і ключавой лабараторыі функцыянальных палімераў Міністэрства адукацыі Нанкайскага ўніверсітэта, а таксама каманды Рэя Х. Баўгмана , прафесар Даласскага ўніверсітэта штата Тэхас і Ян Шысянь, дацэнт Нанкайскага ўніверсітэта.
Проста паменшыце тэмпературу і закруціце
Па дадзеных Міжнароднага даследчага інстытута халадзільнага абсталявання, спажыванне электраэнергіі кандыцыянерамі і халадзільнікамі ў свеце ў цяперашні час складае каля 20% сусветнага спажывання электраэнергіі.Шырока выкарыстоўваны ў наш час прынцып кампрэсійнага астуджэння паветра, як правіла, мае эфектыўнасць Карно менш за 60%, а газы, якія вылучаюцца традыцыйнымі працэсамі астуджэння, пагаршаюць глабальнае пацяпленне.З ростам попыту на астуджэнне з боку людзей вывучэнне новых тэорый астуджэння і рашэнняў для далейшага павышэння эфектыўнасці астуджэння, зніжэння выдаткаў і памяншэння памераў халадзільнага абсталявання стала актуальнай задачай.
Натуральны каўчук будзе вылучаць цяпло пры расцяжэнні, але тэмпература знізіцца пасля ўцягвання.Гэта з'ява называецца «эластычным цеплавым астуджэннем», якое было адкрыта яшчэ ў пачатку 19 стагоддзя.Аднак для дасягнення добрага астуджальнага эфекту гуму неабходна папярэдне расцягнуць у 6-7 разоў больш, чым яе ўласная даўжыня, а затым уцягнуць.Гэта азначае, што астуджэнне патрабуе вялікага аб'ёму.Больш за тое, цяперашняя эфектыўнасць Карно «тэрмічнага астуджэння» адносна нізкая, звычайна складае толькі каля 32%.
З дапамогай тэхналогіі «круцільнага астуджэння» даследчыкі двойчы расцягнулі кудзелісты гумовы эластамер (100% расцяжэнне), затым замацавалі абодва канцы і скруцілі яго з аднаго канца, каб сфармаваць структуру Superhelix.У далейшым адбылося хуткае раскручванне, і тэмпература гумовых валокнаў знізілася на 15,5 градуса Цэльсія.
Гэты вынік вышэй, чым эфект астуджэння пры выкарыстанні тэхналогіі «эластычнага тэрмічнага астуджэння»: гума, якая расцягваецца ў 7 разоў даўжэй, сціскаецца і астывае да 12,2 градуса Цэльсія.Аднак, калі гуму скруціць і расцягнуць, а потым адначасова адпусціць, «тарсіённае цеплавое астуджэнне» можа астыць да 16,4 градуса Цэльсія.Лю Цзуньфэн сказаў, што пры такім жа астуджальным эфекце аб'ём гумы "тарсіённага тэрмічнага астуджэння" складае толькі дзве траціны аб'ёму гумы "эластычнага тэрмічнага астуджэння", а яго эфектыўнасць Карно можа дасягаць 67%, нашмат вышэй, чым прынцып паветранага астуджэння. кампрэсійнае астуджэнне.
Леску і тэкстыльную лёску таксама можна астуджаць
Даследчыкі выказалі здагадку, што ёсць яшчэ шмат магчымасцей для ўдасканалення гумы як матэрыялу для «тарсіённага астуджэння цяпла».Напрыклад, гума мае мяккую тэкстуру і патрабуе шмат скручванняў для дасягнення значнага астуджэння.Яго хуткасць цеплааддачы нізкая, і неабходна ўлічваць такія пытанні, як шматразовае выкарыстанне і даўгавечнасць матэрыялу.Такім чынам, вывучэнне іншых матэрыялаў «тарсіённага астуджэння» стала важным напрамкам прарыву для даследчай групы.
Цікава, што мы выявілі, што схема "круцільнага цеплавога астуджэння" таксама прыдатная да рыбалоўных і тэкстыльных лёсак.Раней людзі не разумелі, што гэтыя звычайныя матэрыялы можна выкарыстоўваць для астуджэння», — сказаў Лю Цзуньфэн.
Даследчыкі спачатку скруцілі гэтыя цвёрдыя палімерныя валокны і сфармавалі спіральную структуру.Расцягванне спіралі можа павысіць тэмпературу, але пасля ўцягвання спіралі тэмпература зніжаецца.
Эксперымент выявіў, што пры выкарыстанні тэхналогіі «круцільнага цеплавога астуджэння» поліэтыленавая аплетка можа генераваць падзенне тэмпературы на 5,1 градуса Цэльсія, у той час як матэрыял непасрэдна расцягваецца і вызваляецца, амаль не назіраючы змены тэмпературы.Прынцып "круцільнага цеплавога астуджэння" гэтага тыпу поліэтыленавых валокнаў заключаецца ў тым, што падчас працэсу скарачэння пры расцяжэнні ўнутранае кручэнне спіралі памяншаецца, што прыводзіць да зменаў энергіі.Лю Цзуньфэн сказаў, што гэтыя адносна цвёрдыя матэрыялы больш трывалыя, чым гумовыя валокны, і хуткасць астуджэння перавышае хуткасць астуджэння гумы, нават калі яна вельмі кароткая.
Даследчыкі таксама выявілі, што прымяненне тэхналогіі «круцільнага цеплавога астуджэння» да нікелевых тытанавых сплаваў з памяццю формы з большай трываласцю і больш хуткай перадачай цяпла прыводзіць да лепшай прадукцыйнасці астуджэння, і для дасягнення большага эфекту астуджэння патрабуецца толькі меншае кручэнне.
Напрыклад, пры скручванні чатырох правадоў са сплаву нікеля і тытана максімальнае падзенне тэмпературы пасля раскручвання можа дасягаць 20,8 градуса Цэльсія, а агульнае сярэдняе падзенне тэмпературы таксама можа дасягаць 18,2 градуса Цэльсія.Гэта крыху вышэй, чым астуджэнне на 17,0 градусаў па Цэльсіі, якое дасягаецца з дапамогай тэхналогіі "тэрмічнага астуджэння".Адзін цыкл астуджэння займае ўсяго каля 30 секунд, - сказаў Лю Цзуньфэн.
Новую тэхналогію ў будучыні можна будзе выкарыстоўваць у халадзільніках
На аснове тэхналогіі «тарсіённага астуджэння цяпла» даследчыкі стварылі мадэль халадзільніка, якая можа астуджаць праточную ваду.У якасці астуджальных матэрыялаў яны выкарыстоўвалі тры дроту з нікелева-тытанавага сплаву, якія круціліся з хуткасцю 0,87 абароту на сантыметр, каб дасягнуць тэмпературы астуджэння 7,7 градуса Цэльсія.
Гэтаму адкрыццю яшчэ трэба будзе прайсці доўгі шлях да камерцыялізацыі «халадзільнікаў з кручаным цяплом», з магчымасцямі і праблемамі», — сказаў Рэй Боўман.Лю Цзуньфэн лічыць, што новая тэхналогія астуджэння, выяўленая ў гэтым даследаванні, пашырыла новы сектар у галіне астуджэння.Гэта забяспечыць новы спосаб зніжэння спажывання энергіі ў сферы астуджэння.
Яшчэ адна асаблівая з'ява ў "тарсіённым цеплавым астуджэнні" заключаецца ў тым, што розныя часткі валакна дэманструюць розныя тэмпературы, што выклікана перыядычным размеркаваннем спіралі, якая ўтвараецца пры скручванні валакна ўздоўж напрамку даўжыні валакна.Даследчыкі пакрылі паверхню дроту з нікель-тытанавага сплаву пакрыццём Thermochromism, каб зрабіць валакно, якое змяняе колер пры круцільным астуджэнні.У працэсе скручвання і раскручвання валакно падвяргаецца зварачальным зменам колеру.Яго можна выкарыстоўваць як новы тып адчувальнага элемента для дыстанцыйнага аптычнага вымярэння скручвання валакна.Напрыклад, назіраючы змены колеру няўзброеным вокам, можна даведацца, колькі абаротаў матэрыял зрабіў на адлегласці, што з'яўляецца вельмі простым датчыкам.«Лю Цзуньфэн сказаў, што на аснове прынцыпу «круцільнага цеплавога астуджэння» некаторыя валакна таксама можна выкарыстоўваць для разумнай змены колеру тканін.
Час публікацыі: 13 ліпеня 2023 г