HKUST создал пористую структуру из NiTi для охлаждения: свыше 100 млн циклов
Инженеры HKUST штамповкой и укладкой пористых чипов NiTi получили эластокалорический хладагентный элемент; лабораторный прототип дал перепад 11,7 K.
Команда Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) под руководством проф. Сунь Цинпина создала пористую структуру из никелида титана (NiTi) для эластокалорического охлаждения, проработавшую более 100 млн циклов, сообщает hkust.edu.hk. Работа опубликована в Science под названием «Stacked porous NiTi structure with low cost and ultrahigh fatigue life for elastocaloric cooling» hkust.edu.hk
hkust.edu.hkhkust.edu.hkОткрыть источник ↗. Авторы оценивают срок службы более чем в 10 лет при испытанных условиях эксплуатации.
Эластокалорическое охлаждение поглощает и выделяет тепло за счёт обратимого фазового превращения сплавов с памятью формы (SMA) и рассматривается как твердотельная альтернатива парокомпрессионным системам. Последние энергоёмки, а их хладагенты могут способствовать парниковому эффекту.
Метод штамповки и укладки
Существующие хладагентные структуры из SMA строят на коммерческих трубках, пластинах и проволоке или на тонкостенных деталях, изготовленных электроэрозионной резкой проволокой (WEDM). По словам авторов, такие подходы дороги, медленны и подвержены усталостным разрушениям и потере устойчивости при циклической нагрузке.
Команда HKUST штампует из коммерческих тонких листов SMA пористые чипы и укладывает их в трубчатую структуру. Конструкция основана на слоистой пористой архитектуре сот и на устройстве бамбука hkust.edu.hk
hkust.edu.hkhkust.edu.hkОткрыть источник ↗. Штамповка даёт 100 чипов в минуту; по данным авторов, это более чем в 100 раз быстрее и на 95% дешевле WEDM.
Долговечность и результаты прототипа
Структура собрана из отдельных чипов, а не из одной длинной трубки. Границы между соседними чипами помогают остановить рост трещин и предотвращают катастрофическое продольное расслоение. В испытаниях структура выдержала более 100 млн рабочих циклов.
Из хладагентного элемента длиной 30 мм с 200 уложенными чипами команда собрала прототип эластокалорического охладителя. Он достиг максимального перепада температур 11,7 K и удельной холодопроизводительности 3,85 Вт г⁻¹.
Авторы отмечают, что подобные структуры можно изготавливать и из тонких листов SMA, полученных лазерной резкой или травлением hkust.edu.hk
hkust.edu.hkhkust.edu.hkОткрыть источник ↗. Дальше команда намерена улучшать теплопередачу, разрабатывать более энергоэффективные приводы и создавать более эффективные SMA. Первый автор статьи — аспирант Су Чанфэн; в работе также участвовали аспиранты Ли Ян и Ху Цзыюань.
