Efekt twistokaloryczny jako alternatywa dla konwencjonalnych procesów chłodzenia
Prawie wszystkie lodówki wykorzystują czynnik chłodzący, który rozpręża się w zamkniętym obiegu, a następnie jest ponownie sprężany przez kompresor. W tym procesie wszystkie urządzenia klimatyzacyjne i chłodnicze na całym świecie pochłaniają około jednej piątej globalnej produkcji energii elektrycznej.
W poszukiwaniu bardziej efektywnych metod chłodzenia amerykańscy i chińscy naukowcy skupili się obecnie na znanym od dawna efekcie elastokalorycznym.
W procesie tym mechanicznie mocno skręcone włókna ochładzają się podczas skręcania nawet o 20 stopni. Jak donoszą naukowcy w czasopiśmie „Science”, w ten sposób udało im się schłodzić cienki strumień wody o prawie osiem stopni przy użyciu wstępnego prototypu „lodówki twistowej”.
Elastokaloryczne zachowanie, powiedzmy, naturalnej gumy jest znane od początku XIX wieku. Jednak do tej pory, aby uzyskać zauważalny efekt chłodzenia, konieczne było bardzo silne rozciąganie materiału. Bardziej wydajne jest zastosowanie wielu skręconych włókien wykonanych z nylonu, gumy lub stopu niklowo-tytanowego. Kiedy włókna niklowo-tytanowe zostały rozluźnione i skręcone z prędkością do 50 skrętów na centymetr w ciągu jednej sekundy, ich powierzchnia ochłodziła się o 20 stopni. Natomiast włókna gumowe schłodziły się o 16 stopni, a włókna nylonowe jeszcze o jakieś pięć stopni.
„Odkryliśmy, że skręcone włókna zmieniły się z fazy o niskiej entropii do fazy o wysokiej entropii, kiedy zostały skręcone” – przekonuje Zunfeng Liu z Uniwersytetu Nankai w Tianjin, wyjaśniając fizyczne tło efektu chłodzenia. Wykorzystując najbardziej efektywne włókno niklowo-tytanowe, badacze skonstruowali również małe urządzenie chłodzące, które pozwoliło im schłodzić strumień wody o 7,7 stopnia. „Jeśli włókna są skręcane i rozkręcane jeszcze szybciej, możliwe jest osiągnięcie jeszcze większego chłodzenia” – mówi Liu.
Co więcej, dzięki umiejętnej metodzie skręcania, naukowcy byli nawet w stanie odwrócić „efekt twistokaloryczny”. W ten sposób otrzymali włókna, które schładzały się pod wpływem rozciągania. Jest to bardzo niezwykłe zjawisko, ponieważ materiały te normalnie podczas rozciągania nagrzewają się. W dalszych krokach ze skręconymi włóknami można już tworzyć dodatkowe moduły chłodzące. Ważne będzie określenie dokładnej efektywności tej metody chłodzenia. Innymi słowy, należy określić stosunek energii mechanicznej potrzebnej do skręcenia włókien do użytkowego efektu chłodzenia. Eksperci uważają, że jest możliwe, aby wydajność nowej metody była znacznie lepsza niż w przypadku konwencjonalnych obwodów chłodzących.