Kā materiāli, par kuriem jūs nekad neesat dzirdējuši, var attīrīt gaisa kondicionētāju

Mērilendas Universitātē izstrādātās kaloriju materiālu prototipa caurules un citas sastāvdaļas. Pieklājība: Ichiro Takeuchi

Pirms vairākiem gadiem Katalonijas Politehniskās universitātes un Kembridžas universitātes pētnieki veica virkni vienkāršu eksperimentu, kam varētu būt milzīga ietekme uz dzesēšanu un dzesēšanu.

Viņi ievietoja kamerā neopentilglikola plastmasas kristālus - izplatītu ķīmisku vielu, ko izmanto krāsu un smērvielu ražošanā, pievienoja eļļu un pagrieza virzuli. Šķidrumam saspiežoties un pieliekot spiedienu, kristālu temperatūra paaugstinājās par aptuveni 40 ˚C.

Tas bija lielākā temperatūras maiņa, kas jebkad reģistrēta no materiāliem, kas pakļauti spiedienam, vismaz tad, kad atklājumi tika publicēti rakstu par dabas komunikācijām pagājušais gads. Un spiediena mazināšanai ir pretējs efekts, dramatiski atdzesējot kristālus.

Pētnieku grupa teica, ka rezultāti izceļ daudzsološu pieeju tradicionālo aukstumaģentu aizstāšanai, kas, iespējams, nodrošina videi draudzīgu dzesēšanu, neapdraudot veiktspēju. Šādi sasniegumi ir ļoti svarīgi, jo bagātības pieaugums, iedzīvotāju skaita pieaugums un temperatūras paaugstināšanās līdz 2050. gadam varētu trīskāršot iekštelpu dzesēšanas enerģijas pieprasījumu bez būtiskiem tehnoloģiskiem uzlabojumiem. Starptautiskās Enerģētikas aģentūras projektiem .

Materiālu temperatūras izmaiņas bija salīdzināmas ar tām, kas rodas fluorogļūdeņražos, kas nodrošina dzesēšanu standarta gaisa kondicionēšanas sistēmās un ledusskapjos. Tomēr fluorogļūdeņraži ir spēcīgas siltumnīcefekta gāzes.

Darba pamatā ir sen zināma parādība, pazīstams, ja kādreiz esat izstiepis balonu un pieskāries tam savām lūpām , kurā tā sauktie kaloriju materiāli izdala siltumu, ja tie tiek pakļauti spiedienam vai stresam. Dažos gadījumos triks ir arī dažu materiālu pakļaušana magnētiskajiem un elektriskajiem laukiem vai šo spēku kombinācijai.

Zinātnieki ir izstrādājuši magnētiskos ledusskapjus, pamatojoties uz šiem principiem gadu desmitiem, lai gan tiem parasti ir nepieciešami lieli, spēcīgi un dārgi magnēti. Taču pētnieki šajā jomā sper ievērojamus soļus, norāda apskata rakstu zinātnē ceturtdien, raksta Ksavjers Moija un N.D. Mathurs, Kembridžas universitātes materiālu zinātnieki, kuri strādāja pie iepriekš aprakstītajiem eksperimentiem.

Autori atzīmē, ka pētnieku grupas precīzi nosaka daudzus kaloriju materiālus, kuriem tiek veiktas lielas temperatūras maiņas, un liek tos izmantot apkures un dzesēšanas ierīču prototipos. Materiāli un ierīces, kas var atbrīvot un pārnest lielu daudzumu siltuma, izmantojot elektrību, spriedzi un spiedienu — pieejas, kas pa īstam sāka parādīties tikai pirms nedaudz vairāk nekā desmit gadiem — jau panāk veiktspēju, kas sasniegta gadu desmitiem ilgā darbā magnētu jomā. balstītas dzesēšanas ierīces.

Papildus tam, ka tiks samazināta vajadzība pēc fluorogļūdeņražiem, ir cerība, ka tehnoloģija galu galā varētu būt energoefektīvāka nekā standarta dzesēšanas ierīces, ņemot vērā izdalīto siltumu attiecībā pret enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai veiktu izmaiņas. Šīs tehnoloģijas būtiska atšķirība ir tāda, ka materiāli paliek cietā stāvoklī, savukārt tradicionālie aukstumnesēji, piemēram, fluorogļūdeņraži, darbojas, pārslēdzoties starp gāzes un šķidruma fāzēm.

Fāzes maiņas izraisīšana

Lūk, kā šī tehnoloģija darbojas:

Daudzi materiāli uzrāda nelielas temperatūras izmaiņas noteiktu spēku ietekmē. Taču pētnieki ir meklējuši materiālus, kuros notiek lielas izmaiņas, ideālā gadījumā izmantojot pēc iespējas mazāku pievienoto enerģiju. Citu materiālu starpā daži metālu sakausējumi ir uzrādījuši daudzsološus rezultātus slodzes apstākļos; daži keramikas izstrādājumi un polimēri labi reaģē uz elektriskajiem laukiem; un neorganiskie sāļi un gumija izskatās daudzsološi attiecībā uz spiedienu.

Spēki vai lauki sakārto atomus vai molekulas materiālos, izraisot fāzes izmaiņas, kas līdzīgas tai, kas notiek, kad brīvi plūstošas ​​ūdens molekulas pārvēršas kompaktos ledus kristālos. (Tomēr kaloriju saturošu materiālu gadījumā fāzes maiņa notiek, materiāliem paliekot cietā stāvoklī, lai gan tādā stāvoklī, kas ir stingrāks.) Šis process atbrīvo pietiekami daudz latenta siltuma, lai ņemtu vērā enerģijas atšķirību starp diviem stāvokļiem. Kad materiāli atgriežas, kad tiek atbrīvoti spēki, tas rada temperatūras pazemināšanos, ko pēc tam var izmantot dzesēšanai.

Tas īpaši neatšķiras no tā, kā dzesēšanas ierīces darbojas mūsdienās: tās dekompresē fluorogļūdeņražus līdz tādam līmenim, ka tie pāriet no šķidruma uz gāzi. Taču šī cietvielu dzesēšanas pieeja var būt daudz energoefektīvāka, vismaz daļēji tāpēc, ka jums nav jāpārvieto molekulas gandrīz tik tālu, lai panāktu fāzes izmaiņas, saka Džuns Cui, Eimsa laboratorijas vecākais zinātnieks.

Pārcelšanās uz tirgu

Konkurētspējīgu komerciālo ierīču piegādes atslēga ir tādu materiālu noteikšana par pieņemamām cenām, kuri pakļauti lielas temperatūras maiņas, viegli atgriežas atpakaļ, iztur ilgstošus šo izmaiņu ciklus, nesabojājoties (komerciālie ledusskapji var darboties miljoniem ciklu ), un tie nav dārgi.

Daži materiāli un lietošanas gadījumi tuvojas nonākšanai komerciālajā tirgū, saka Ičiro Takeuči, Merilendas universitātes materiālu zinātnieks. Viņš nodibināja uzņēmumu ražot dzesēšanas ierīces no materiāliem, kas reaģē uz stresu pirms aptuveni desmit gadiem, ko sauca par Maryland Energy & Sensor Technology.

Viņa pētnieku grupa izstrādāja dzesēšanas ierīces prototipu, kas saspiež un atbrīvo caurules, kas izgatavotas no niķeļa titāna, lai izraisītu sildīšanu un dzesēšanu. Ūdens, kas plūst caur caurulēm, sākotnējā fāzē absorbē un izkliedē siltumu, un pēc tam process norit otrādi, lai atdzesētu ūdeni, ko var izmantot, lai atdzesētu trauku vai dzīvojamo telpu.

Dzesēšanas ierīces prototips, ko izstrādājusi Ichiro Takeuchi pētniecības grupa.

PIEKLĀJĪBA: ICHIRO TAKEUCHI

Uzņēmums plāno ražot vīna dzesētāju, kam nav nepieciešama tāda pati dzesēšanas jauda kā lielam ledusskapim vai logu maiņstrāvas iekārtai, kā sākotnējo produktu, izmantojot nenoteiktu, bet lētāku materiālu.

Moija, viena no Zinātnes raksta autoriem, līdzdibināja savu starta uzņēmumu aptuveni pirms pusotra gada. Barokāls , kas atrodas Kembridžā, Anglijā, ir izstrādājis siltumsūkņa prototipu, pamatojoties uz plastmasas kristāli kas ir saistīti ar neopentilglikolu, bet labāk, viņš saka.

Kopumā ir izveidoti aptuveni ducis jaunuzņēmumu, lai komercializētu tehnoloģiju, un vairāki esošie uzņēmumi, tostarp Ķīnas sadzīves tehnikas gigants Haier un Astronautics Corporation of America , ir izpētījuši arī tā potenciālu.

Cui sagaida, ka nākamo piecu līdz 10 gadu laikā mēs redzēsim dažus no pirmajiem komerciālajiem produktiem, kuru pamatā ir materiāli, kas maina temperatūru, reaģējot uz spēku un stresu, taču viņš saka, ka, visticamāk, paies gadi ilgāks laiks, lai cenas kļūtu konkurētspējīgas ar standarta dzesēšanas produktiem. .

Atjauninājums: šis stāsts tika atjaunināts, lai precizētu neopentilglikola eksperimentu laiku.

paslēpties