空气和水可以在由镍钛金制成的精密换热结构中流动。这些三维金结构是通过3D印机中的增材制造技术逐层制造的。

弹热技术为传统的制冷和供暖系统提供了种清洁、环保的替代案。萨尔兰大学的研究团队正在开发用于冷却元件的新型节能几何结构。

今年4月的德国汉诺威工业博览会上，参展的德国萨尔兰大学（SaarlandUniversity）带来了项节能冷却技术，它只需拉伸金属金后再释放即可实现冷却。这项基于弹热应（ElastocaloricEffect）的技术为传统的制冷和供暖系统提供了种清洁、环保的替代案。萨尔兰大学的保罗·莫茨基教授及其团队是该域的军人物，他们正致力于动技术发展，使其逐步走向实际应用。他们与迪尔克·巴赫雷教授的3D印团队作达州护角胶，正在开发用于冷却元件的新型节能几何结构。

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这些闪亮的立体，每个都拥有引人注目的几何形状，很容易被误认为是时尚的装饰品。然而，对于研究这些3D印结构的科研人员来说，它们的吸引力在于而非美观。

巴赫雷团队的制造工程师和莫茨基的智能材料团队，正致力于研究这些金属结构在创新型冷却和加热系统中的能。

“这是弹热技术发展的个新阶段。我们目前对这些新型结构的研究仍处于基础研究阶段，但我们已经在考虑其实际应用，并开发适用于实际应用的解决案。”莫茨基解释道。这些新型冷却和加热元件的特几何形状旨在通过大化热能交换的表面积来提传热率。

与使用对气候有害的制冷剂进行制冷或使用石油、气等化石燃料进行供暖不同，弹热系统采用由形状记忆镍钛金制成的组件。此前，萨尔兰大学莫茨基团队直在研究由这种金制成的细线束和薄片的弹热特。这些组件在拉伸或压缩时会释放热量，而在机械载荷移除时则会吸收热量。工程师们正在利用弹热应将热量从个地传递到另个地——例如达州护角胶，将热量从冷却室中转移出去。

萨尔兰大学和德国萨尔布吕肯机电体化与自动化技术中心（ZeMA）的研究团队已对弹热应进行了过15年的研究，其长期目标是以环保节能的式为汽车、建筑物和工业设施提供制冷和供暖。在今年的汉诺威工业博览会上，该团队展示了他们的技术已经越了纯粹的基础研究，并且已经走上了实际应用的道路。

新型节能材料

全球制冷和供暖消耗着大量的能源——随着气候变化，这种需求预计还会进步增长。与传统的制冷和供暖式不同，弹热技术有望显著提率。弹热系统由电力驱动，其清洁程度与供电的电力相当。欧盟委员会已将弹热制冷列为有前景的传统制冷技术替代案，世界经济论坛也将其列入“十大新兴技术”之列。该技术基于镍钛金的特殊能——这种金在变形时表现出与传统金属截然不同的特。

镍钛金是种“形状记忆金”，也就是说，由于两种固态晶格结构之间的可逆相变，这种材料可以变形，然后恢复到原来的形状。这种相变伴随着热传递。

莫茨基解释说：“在室温下，这种金处于温相。当我们对材料施加拉伸或压缩应力时，会迫使它转变为低温相。这是个放热过程，材料会升温并向周围环境释放热量。旦材料冷却至环境温度，万能胶生产厂家我们就释放机械应力。这使得金能够重新转变为温相达州护角胶，并且由于这是个吸热过程，材料会冷却下来。”

简而言之：当镍钛金丝被拉伸时，它会向流经它的空气或液体释放热量；当应力消除时，它会冷却下来并从周围环境中吸收热量。这种反复拉伸和卸载的机械变形循环是这项新技术的核心原理。由于材料本身具有固有的传感特，因此须额外的传感器。

“线的每次形变都对应着个特定的电阻值。因此，电阻测量可以让我们精确地了解材料在任何给定时刻的形变情况。这意味着位置传感器实际上被内置其中了。”莫茨基补充道。

萨尔布吕肯的研究人员旨在通过大化表面积来大化热能传递。表面积越大，热量就能越有地传递到工作介质——空气或水。迄今为止，该团队通过制造包含许多细形状记忆线的束来增加表面积。在下代器件中，冷却和加热元件将通过引入多孔几何镍钛结构来提供大的接触面积。

为了实现这目标，莫茨基的研究团队正与巴赫雷的团队作，开发种复杂的镍钛结构，热传递介质（空气或水）可以在其中流动。研究人员正在改进和优化这些精细金晶格的设计。目前正在对各种复杂几何形状进行实验测试，以确定哪些结构能够实现的传热。这些三维金结构采用增材制造技术，在3D印机中逐层制造而成。

为实际应用做好准备

在实验室实验和测试进行的同时，莫茨基和他的团队也在努力将新兴的弹热学域应用于实际场景。未来弹热冷却系统所使用的材料需要能够适应冰箱和制冷设备的连续运行。

莫茨基说：“我们致力于开发足够坚固耐用、易于维护的材料和设计，以满足连续使用的需求。从开始，我们就将未来潜在应用的问题融入到开发过程中。这是我们研究的核心原则。”

目前正在通过实验解决的问题之是如何对材料施加机械载荷，以确保其拥有较长的使用寿命。这涉及使金的能与拉伸和压缩循环条件相匹配。例如，在使用线束的设计中，研究人员希望实现过百万次的循环寿命。

然而，即使是好的材料，终也会疲劳。因此，研究人员也在开发种简单快捷的换案。我们正在设计相关组件，使其易于换，因为可维护是决定这项新技术能否转化为可靠的日常应用的关键因素。（逸文）

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