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世界上第一个热动力冷却系统将废热转化为冷量
研究人员开发了世界上第一个热驱动弹性热冷却系统，利用废热和太阳能来支持可持续冷却。直接由热量而不是电动机驱动的冷却系统已经在实验室测试中发挥作用，提供了一种将废热或太阳能转化为冷却的可能方法。该原型由研究人员开发 [...]
来源:SciTech日报研究人员开发了世界上第一个热驱动弹性热冷却系统，利用废热和太阳能来支持可持续冷却。
直接由热量而不是电动机驱动的冷却系统已在实验室测试中发挥作用，提供了一种将废热或太阳能转化为冷却的可能方法。该原型由卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 和筑波大学的研究人员开发，使用两层超薄镍钛薄膜，首先将热量转化为机械运动，然后转化为冷量。
这一概念解决了弹性热冷却的局限性，弹性热冷却是传统制冷的新兴固态替代品。当施加在形状记忆合金上的机械负载被释放时，形状记忆合金就会冷却，但现有的弹热系统仍然需要电动执行器来提供该力。新设计使用热量本身来驱动该过程。
这种区别很重要，因为随着需求的持续增长，制冷和供暖几乎占全球能源消耗的一半。一个多世纪以来，传统的冰箱、空调和数据中心一直依赖电力驱动的压缩机，这些压缩机通过制冷剂传递热量，其中许多压缩机也会导致全球变暖。
热替代电动执行器
该系统将两个镍钛薄膜与不同的作业配对。加热时，第一层薄膜通过形状记忆效应收缩，无需电动机即可将热能直接转化为机械功。
该运动作用于第二部电影。反复加载和卸载会导致其晶体结构发生可逆变化，从而产生冷却。实际上，第一层薄膜取代了弹热系统以前所需的电动致动器。
“关键的创新在于，我们结合了形状记忆合金的两种互补功能，一种薄膜将热能转化为机械功，另一种薄膜将这种功转化为冷能，”卡尔斯鲁厄理工学院微结构技术研究所 (IMT) ZEco 热实验室青年研究员小组的领导者 Jingyuan Xu 博士说道。 “通过这种方式，我们正在建立一种新的方法来驱动固态冷却，从而为废热和太阳能的利用开辟令人兴奋的可能性。”
原型证明热量可以产生冷却
在实验中，原型产生了可测量的冷却效果。在执行器温度为 86° 摄氏度（187° 华氏度）时，组件级实现了 4° 摄氏度（7.2° 华氏度）的温差，而弹性热制冷剂则经历了近 13° 摄氏度（23.4° 华氏度）的温度变化。
该系统还可以使用 130° 摄氏度（266° 华氏度）的外部热源可靠地运行，这表明该概念可以与现实世界的热源一起使用。
“对我们来说，决定性的时刻是当我们能够测量热驱动系统确实产生的寒冷时，”该研究的主要作者、IMT 博士研究员 Yi-Ting Hsiau 说。 “这向我们表明，这一原理不仅仅在理论上有效。”
扩展可以扩大实际冷却
目前的设备是为了展示可行性而不是最大化冷却能力。研究人员现在正在努力将多个薄膜并联，以增加系统可以提供的冷却量。
可能的应用包括利用自身废热来帮助产生冷却的计算机处理器，以及利用传动系统的热量来冷却敏感的汽车电子设备。
DOI：10.1038/s41560-026-02122-6
该研究是与日本筑波大学合作进行的。该团队最终希望将该方法扩展到可以利用现成热量的紧凑系统。
“我们相信这只是一个开始，”徐说。 “通过扩大这项技术，我们希望开发紧凑的冷却系统，利用丰富的可用热源实现可持续冷却。”
参考文献：“利用形状记忆薄膜实现热驱动弹热冷却”，作者：Yi-Ting Hsiau、Shuichi Miyazaki、Manfred Kohl 和 Jingyuan Xu，2026 年 8 月 28 日，Nature Energy。
这项研究的资金来自卡尔蔡司基金会（CZS Nexus 项目）、巴登-符腾堡基金会（精英博士后项目）和赫克托研究员学院。
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