Поефикасен, заштеда на енергија, зелен и пренослив метод за ладење е насоката на човековото незапирливо истражување. Неодамна, една онлајн статија во списанието Science објави за нова флексибилна стратегија за ладење откриена од заеднички истражувачки тим на кинески и американски научници - „ладење со торзија на топлина“. Истражувачкиот тим откри дека со менување на извртувањето во внатрешноста на влакната може да се постигне ладење. Поради поголемата ефикасност на ладењето, помалата големина и применливоста на различни обични материјали, „фрижидерот со изопачена топлина“ направен врз основа на оваа технологија, исто така, стана ветувачки.
Ова достигнување доаѓа од кооперативното истражување на тимот на професорот Лиу Зунфенг од Државната клучна лабораторија за медицинска хемија биологија, Фармацевтскиот факултет и Клучната лабораторија за функционален полимер на Министерството за образование на Универзитетот Нанкаи и тимот на Реј Х. Баугман , професор на Државниот универзитет во Тексас, филијала Далас и Јанг Шиксиан, доцент на Универзитетот Нанкаи.
Само намалете ја температурата и извртете ја
Според податоците на Меѓународниот институт за истражување за ладење, потрошувачката на електрична енергија на клима уредите и фрижидерите во светот моментално изнесува околу 20% од светската потрошувачка на електрична енергија. Широко користениот принцип на ладење со компресија на воздух во денешно време генерално има Карно ефикасност помала од 60%, а гасовите што се ослободуваат од традиционалните процеси на ладење го влошуваат глобалното затоплување. Со зголемената побарувачка за ладење од страна на луѓето, истражувањето на нови теории и решенија за ладење за понатамошно подобрување на ефикасноста на ладењето, намалување на трошоците и намалување на големината на опремата за ладење стана итна задача.
Природната гума ќе генерира топлина кога ќе се истегне, но температурата ќе се намали по повлекувањето. Овој феномен се нарекува „еластично термално ладење“, кое е откриено уште во почетокот на 19 век. Меѓутоа, за да се постигне добар ефект на ладење, гумата треба претходно да се истегне до 6-7 пати поголема од нејзината должина и потоа да се повлече. Ова значи дека ладењето бара голем волумен. Згора на тоа, сегашната ефикасност на Карно на „термичко ладење“ е релативно ниска, обично само околу 32%.
Преку технологијата „торзионо ладење“, истражувачите двапати го истегнаа влакнестиот гумен еластомер (100% напрегање), потоа ги фиксираа двата краја и го извиткаа од едниот крај за да формираат структура Superhelix. Последователно, се случи брзо одвртување, а температурата на гумените влакна се намали за 15,5 степени Целзиусови.
Овој резултат е повисок од ефектот на ладење со помош на технологијата „еластично термално ладење“: гумата што е растегната 7 пати подолго се собира и се лади до 12,2 степени Целзиусови. Меѓутоа, ако гумата се извитка и издолжи, а потоа се ослободи истовремено, „торзионалното термално ладење“ може да се олади до 16,4 степени Целзиусови. Лиу Зунфенг рече дека под истиот ефект на ладење, волуменот на гума на „торзионално термичко ладење“ е само две третини од оној на гумата „еластично термичко ладење“, а нејзината ефикасност на Карно може да достигне 67%, далеку над принципот на воздух. ладење со компресија.
Риболовната линија и текстилната линија исто така може да се ладат
Истражувачите воведоа дека сè уште има многу простор за подобрување на гумата како материјал за „ладење со торзија на топлина“. На пример, гумата има мека текстура и бара многу пресврти за да се постигне значително ладење. Неговата брзина на пренос на топлина е бавна и треба да се разгледаат прашања како што се повторна употреба и издржливост на материјалот. Затоа, истражувањето на други материјали за „торзионо ладење“ стана важен чекор напред за истражувачкиот тим.
Интересно, откривме дека шемата за „торзиско ладење со топлина“ е применлива и за риболов и текстилни линии. Претходно, луѓето не сфаќаа дека овие обични материјали можат да се користат за ладење“, рече Лиу Зунфенг.
Истражувачите прво ги извиткале овие цврсти полимерни влакна и формирале спирална структура. Истегнувањето на спиралата може да ја зголеми температурата, но по повлекувањето на спиралата, температурата се намалува.
Експериментот откри дека со помош на технологијата „торзиско ладење со топлина“, жица со плетенка од полиетилен може да генерира пад на температурата од 5,1 степени Целзиусови, додека материјалот директно се растегнува и се ослободува без речиси никаква промена на температурата. Принципот на „торзиско топлинско ладење“ на овој тип полиетиленски влакна е дека за време на процесот на истегнување на контракција, внатрешниот пресврт на спиралата се намалува, што доведува до промени во енергијата. Лиу Зунфенг рече дека овие релативно тврди материјали се поиздржливи од гумените влакна, а стапката на ладење ја надминува онаа на гумата дури и кога се истегнуваат многу кратко.
Истражувачите, исто така, открија дека примената на технологијата „торзиско ладење со топлина“ на мемориските легури во облик на никел титаниум со поголема јачина и побрз пренос на топлина резултира со подобри перформанси на ладењето, а потребно е само помал пресврт за да се постигне поголем ефект на ладење.
На пример, со извртување на четири жици од легура на никел титаниум заедно, максималниот пад на температурата по одвртувањето може да достигне 20,8 степени Целзиусови, а вкупниот просечен пад на температурата може да достигне и 18,2 степени Целзиусови. Ова е малку повисоко од ладењето од 17,0 степени Целзиусови постигнато со помош на технологијата за „термичко ладење“. Еден циклус на ладење трае само околу 30 секунди“, рече Лиу Зунфенг.
Новата технологија може да се користи во фрижидерите во иднина
Врз основа на технологијата „ладење со торзија на топлина“, истражувачите создадоа модел на фрижидер кој може да ја лади течената вода. Тие користеле три жици од легура на никел титаниум како материјали за ладење, вртејќи 0,87 вртежи по сантиметар за да постигнат ладење од 7,7 степени Целзиусови.
Ова откритие има уште многу да помине пред комерцијализацијата на „фрижидери со изопачена топлина“, со можности и предизвици“, рече Реј Бауман. Лиу Зунфенг верува дека новата технологија за ладење откриена во оваа студија проширила нов сектор во полето на ладење. Тоа ќе обезбеди нов начин за намалување на потрошувачката на енергија во полето за ладење.
Друг посебен феномен во „заладувањето со торзија на топлина“ е тоа што различни делови од влакното покажуваат различни температури, што е предизвикано од периодичната дистрибуција на спиралата генерирана со извртување на влакното долж насоката на должината на влакната. Истражувачите ја обложиле површината на жицата од легура на никел титаниум со облога „Термохромизам“ за да направат „торзионално ладење“ влакна за промена на бојата. За време на процесот на извртување и одвртување, влакната претрпуваат реверзибилни промени на бојата. Може да се користи како нов тип на сензорен елемент за далечинско оптичко мерење на извртување на влакна. На пример, со набљудување на промените на бојата со голо око, може да се знае колку вртежи направил материјалот во далечината, што е многу едноставен сензор. „Лиу Зунфенг рече дека врз основа на принципот на „торзионално ладење на топлина“, некои влакна може да се користат и за интелигентни ткаенини за промена на бојата.
Време на објавување: 13 јули 2023 година