科大工學院研發新型環保製冷裝置　製冷效率刷新世界紀錄

香港科技大學（科大）工學院的一支研究團隊開發了一個新型環保製冷裝置，其製冷效率大幅增加逾48%，刷新世界紀錄，有望減少全球能源消耗之餘，亦可為依賴製冷技術的行業帶來改革轉型。彈卡製冷技術的效能大幅提升，亦有助推動這項顛覆性技術的商業化，並減低傳統製冷技術對環境所造成的不利影響。

傳統的蒸氣壓縮製冷技術常用的製冷劑容易對環境造成污染。有鑑於此，科學家一直研究對環境友善的替代方案，當中以「基於形狀記憶合金循環相變潛熱固態彈卡製冷技術」尤為重要。這種技術使用的形狀記憶合金製冷劑不僅不含溫室氣體，而且高效及可100%回收利用。然而，所有已開發裝置的「溫跨」，即顯示製冷設備將熱量從低溫源傳遞到高溫散熱器的能力指標，卻相對較小—如約20-50 K，大大阻礙了這一新興技術的商業化。

為了應對這個挑戰，機械及航空航天工程學系的孫慶平教授與姚舒懷教授率領其研究團隊，研發了一種多材料級聯彈卡製冷裝置，並成功打破這款裝置的製冷效能世界紀錄。

他們選擇了三種具有不同相變溫度的鎳鈦合金，分別在冷端、中間端和熱端工作。通過匹配各單元的工作溫度與相應的相變溫度，整體裝置的超彈性溫度窗口擴大至100 K以上，使得每個鎳鈦單元均能在其最佳溫度範圍內工作，顯著提升了製冷效率。該多材料級聯彈卡製冷裝置在水側實現了75 K的溫跨，超越了之前的50.6 K世界紀錄。這項研究突破最近發表在頂尖期刊《自然能源》（Nature Energy）上，題為「A Multi-Material Cascade Elastocaloric Cooling Device for Large Temperature Lift」。

多年來，研究團隊在彈卡製冷材料和結構取得豐碩的研究成果，包括成功申請多項專利以及多次在國際頂級期刊上發表論文。建基這些成果上，團隊將進一步開發高性能形狀記憶合金和設備，以用於零度以下的彈卡製冷和高溫熱泵應用。他們將繼續優化材料特性，並開發高能效製冷系統，以推動這一顛覆性技術的商業化。

現時，空間製冷和供暖佔全球總電力消耗的兩成，預計至2050年，更會成為第二大全球用電需求。

孫慶平教授表示：「未來，隨著材料科學和機械工程技術的不斷進步，我們有信心彈卡製冷技術有望成為下一代環保、高效的製冷和供暖解決方案，以滿足全球龐大的製冷市場需求，為減碳和緩減全球暖化作出貢獻。」

是項研究由孫慶平教授及姚舒懷教授帶領，二人同任通訊作者；博士後研究員及科大機械工程學哲學博士畢業生周國安博士為第一作者。其他共同作者包括機械工程學哲學博士生李澤希、機械工程學哲學博士畢業生朱宇翔和華鵬，以及武漢大學的研究人員。

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（原文於2024年8月21日在EurekAlert刊登。）