固态冰箱弹热制冷技术突破，无需制冷剂实现-12°C

先说一个前沿进展：全球冰箱和冰柜大规模使用的制冷剂，一旦泄漏，温室效应是二氧化碳的几千倍。寻找更环保的替代技术，已经成为一场全球竞赛。弹热制冷，一种利用固态材料相变来搬运热量的技术，正是近年来的热门选项之一。

就在最近，香港科技大学研究团队拿出了一件重量级成果：他们造出了首台能达到零度以下的弹热制冷装置，并用它成功地在两小时内把20毫升水冻成了冰块。这台桌面大小的原型机，性能已经逼近家用冰箱的水平。相关论文发表在《自然》期刊上。

弹热制冷系统之所以能引起广泛关注，最核心的原因就是它彻底摆脱了制冷剂。它的工作原理依赖形状记忆合金的相变特性——简单说，就是这种金属在特定温度下被压缩时会放热，松开时则会吸热。

然而，过去有一个绕不开的瓶颈：所有研究级别的弹热制冷系统，工作温度都卡在0°C以上。这被认为和形状记忆合金在低温下性能下降有关。

那港科大团队是怎么做到的？他们选用了一种特殊的镍钛合金（含镍51.2%、含钛48.8%），这种材料即使在接近-21°C的温度下，依然能保持弹热效应。然后，研究人员把合金棒精密加工成薄壁管材，内部还有复杂结构，目的就是为了最大化换热效果。

组装过程中，他们把镍钛管三根一组塞进坚固的塑料外壳里，组成一个“弹热蓄热器”。八组单元首尾串联，末端装上线性致动器来完成压缩动作。实际运转时，致动器压缩并保持管子变形，材料升温；与此同时，一种含氯化钙的盐水被泵入蓄热器，带走热量并向外排出。随后致动器释放压力，镍钛管迅速冷却，流体反向流过蓄热器，在这个过程中被降温。

整个循环只要1秒。在实验室连续跑15分钟后，系统冷端温度达到了创纪录的-12°C，热端为24°C，温差高达36°C。在室外环境实际测试时，系统连接了一个装有水瓶的隔热腔室，60分钟后腔室温度降到了-4°C，整体冷却速度偏慢一些。

主导这项研究的香港科技大学孙庆平教授也坦诚，这套装置距离进入家用或工业市场还有不小的挑战。目前它的能效“仍然低于传统蒸气压缩式空调”，主要能量损耗来自致动器。“我们正在开发新型驱动技术作为系统集成与优化的一部分，”他透露。团队还计划将目标一步步降至-100°C，但这需要换用其他合金材料。另外，薄壁管的制造工艺目前精度高但“成本极高”，团队正在探索3D打印等替代方案来降低成本。

“我们正在三个方向上同步推进，”孙庆平预计，2到3年内有望推出可以商用的产品。谈到应用场景，他提到了冷冻食品配送的移动制冷系统，以及电动汽车的气候控制。团队已经和工业合作伙伴展开了“积极合作”，但具体名字暂时未公开。长期目标很明确——碘伏现有蒸气压缩技术市场，但眼下的策略是“先找一个细分领域突破，再逐步扩展”。

弹热制冷作为无温室气体排放的传统制冷替代方案，前景确实不错。但说到底，它还处在原型机阶段，接下来还有一堆重大工程挑战等着解锁。

Q&A

Q1：弹热制冷技术相比传统压缩制冷，优势在哪？

A：最大的优势就是完全不用制冷剂，从根源上避免了泄漏带来的温室效应问题。它靠形状记忆合金在压缩和放松时的相变特性来传热，是一种更环保的固态制冷方案。当然，目前它的能效还比不上传统蒸气压缩系统，主要能量损耗来自致动器，团队正在针对这个问题攻关新型驱动技术。

Q2：香港科技大学的这个原型机，到底能冷到什么程度？

A：实验室条件下连续运行15分钟后，冷端温度达到-12°C，热端为24°C，温差36°C。室外实测时，60分钟内把隔热腔室降到了-4°C，并且能在2小时内把20毫升水完全冻成冰块，性能接近家用冰箱水平。团队下一步计划把目标温度拉到-100°C。

Q3：弹热制冷什么时候能商用？适合哪些场景？

A：研究团队预计2到3年内推出可商用产品。潜在应用包括冷冻食品配送的移动制冷系统、电动汽车的气候控制。长期来看，他们想逐步进入并碘伏现有的蒸气压缩制冷市场，但现阶段策略是先找到细分领域打穿，再逐步扩大。目前制造工艺成本偏高，团队正在探索3D打印等方式来降低成本。

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