Ученые создали новую технологию охлаждения, основанную на скручивании волокон - «Технологии»

Интернациональная группа исследователей из Техасского и Нянькайского университетов открыла новую технологию охлаждения, основанную на скручивании и раскручивании волокон.

В исследовании, опубликованном в журнале «Science», они продемонстрировали как достигается этот эффект, используя натуральный каучук, леску и никель-титановую проволоку.

По данным Международного института холода, холодильное оборудование и кондиционеры потребляют около 20% мировой электроэнергии. Эти устройства выделяют газы, которые оказывают значительное влияние глобальное потепление. Чтобы снизить отрицательное воздействие на окружающую среду и повысить эффективность охлаждения, ученые исследуют альтернативные технологии.

В частности, еще в 1800 годах была обнаружена способность резины нагреваться при растяжении и остывать при отпускании. Это называется эластокалорическим охлаждением. Но чтобы получить существенный охлаждающий эффект, резиновую ленту, к примеру, нужно растянуть достаточно сильно. Ученые же поступили следующим образом – они растягивали резиновые волокна, а затем скручивали их до отказа. Быстрое освобождение скрученных волокон привело к охлаждению поверхности до 15,5°C. Ослабление одновременно и скручивания, и растяжения привело к еще большему охлаждению – на 16,4°C. Исследователи назвали это твистокалорическим эффектом. Он наблюдается и с рыболовной леской. Растянутая закрученная леска нагревалась, а когда ее отпускали поверхность охлаждалась на 5,1°C.

Ученые наблюдали это явление с помощью рентгенографии. «Мы обнаружили, что распрямление растянутого и спирально скрученного волокна приводит к частичному переходу в фазу с высокой энтропией. Это изменение фазы вызывает твистокалорическое охлаждение», - отмечает соавтор исследования Чжэньфэнь Лю.

Охлаждение также удалось зафиксировать и во время распрямления никель-титановой проволоки. При раскручивании одинарного провода поверхность охладилась на 17°C, жгута из четырех отрезков – на 20,8°C. А трехжильный никель-титановый провод, помещенный в специальную емкость с водой, распрямляясь, охладил ее на 7,7°C.

Еще в одной серии экспериментов ученые покрыли различные типы волокон термохромной краской, которая при изменении температуры во время растяжения-скручивания меняет цвет, что позволило визуализировать процесс.

Вместе с тем, чтобы создать коммерческий продукт, способный составить определенную конкуренцию холодильным установкам, исследователям еще предстоит решить ряд задач. Прежде всего найти материалы с твистокалоричсекими характеристиками, превосходящими ныне существующие аналоги.

Источник: utdallas.edu