全球首台零衰减“弹卡”制冷装置研制成功
本报讯（记者朱汉斌）香港科技大学讲座教授孙庆平团队成功研发出全球首台零衰减“弹卡”制冷装置。他们运用抗疲劳固态制冷剂，开发出持久且环保的制冷技术，即使循环运行超过100万次，仍能保持稳定性能。日前，相关成果发表于《焦耳》。
“弹卡”制冷是一种利用形状记忆合金应力诱发可逆相变效应的技术，有望取代传统制冷剂，成为绿色新方案。然而受制于制冷性能衰减和长期可靠性不足两大缺点，该技术一直未获广泛使用。现有“弹卡”制冷装置大多采用商业镍钛形状记忆合金（NiTi）作为制冷剂，但这种材料在长期相变循环过程中容易产生功能疲劳，长期持续使用下，制冷效果会越来越差。
为突破这一瓶颈，研究团队开发出一种抗疲劳形状记忆合金，并将其集成于新颖的固态制冷剂结构中。这是一种四元TiNiCuCo形状记忆合金，相比传统NiTi，该材料在反复相变循环过程中能够保持稳定的“弹卡”性能，实现稳定的潜热释放和吸收，提供可靠的固态制冷剂。团队通过结合该新型形状记忆合金材料、器件设计与系统工程，成功解决了材料功能疲劳和结构可靠性两大关键问题，开发出零衰减“弹卡”制冷装置，能在长期运行过程中保持稳定制冷能力。
此外，该装置还具有结构紧凑、耐用的器件架构。团队进一步优化器件整体结构，以减少热损失并提升系统稳定性。新设计可减少约50%的零部件数量，并将无效结构比例由15%降低至5%。
运用这种新型材料和器件设计，研究团队构建了由多个制冷单元集成的“弹卡”制冷装置。此装置在100万次循环运行过程中，仍能保持400瓦制冷功率和41开尔文温跨的稳定输出，且性能毫无衰减。TiNiCuCo制冷剂的加速疲劳测试亦显示，新型材料在1亿次循环运行后，性能仍然毫无衰减。如应用于实际场景，预计制冷剂使用可超过10年。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102627