香港科技大學工學院科研團隊近日取得重大技術突破，成功研制出全球首臺能夠實現零下12攝氏度低溫的彈卡冷凍裝置。這項創新成果不僅拓展了綠色制冷技術的應用邊界，更為全球冷凍行業低碳轉型提供了切實可行的技術路徑。相關研究論文以《低溫相變合金實現零下彈卡制冷》為題，已發表于國際權威學術期刊《自然》。
在全球氣候變暖背景下，制冷需求呈現爆發式增長。數據顯示，冷凍技術消耗的電力占全球總量的相當比例，而傳統蒸氣壓縮制冷系統依賴的氫氟烴類制冷劑，其全球變暖潛能值高達二氧化碳的數千倍。基于形狀記憶合金的彈卡制冷技術因其零排放、高能效特性，被視為最具潛力的環保替代方案。該技術通過合金在循環應力作用下的相變潛熱吸收與釋放實現制冷，完全摒棄傳統制冷劑。
科研團隊負責人孫慶平教授介紹，新型裝置通過三大核心技術革新實現性能突破：首先采用高鎳含量（51.2 at%）的鎳鈦合金，通過成分優化將奧氏體相變結束溫度降至零下20.8攝氏度，使合金在極低溫環境下仍保持優異超彈性；其次開發出凝固點低至零下55攝氏度的氯化鈣水溶液作為傳熱介質，有效解決低溫結冰問題；最后創新設計級聯式管狀結構，通過八個鎳鈦合金單元的精密排列，將傳熱面積與體積比提升至8.68毫米?1。
實驗數據顯示，在1赫茲運行頻率下，該桌面型裝置成功實現24攝氏度至零下12攝氏度的36攝氏度溫差跨越，創下彈卡制冷領域零下溫度新紀錄。集成后的0.25立方米裝置在20-25攝氏度環境溫度下，60分鐘內將隔熱腔室溫度穩定降至零下4攝氏度，并能在兩小時內完全凍結20毫升蒸餾水。性能測試表明，其單位質量制冷功率達每克1.43瓦，系統能效比最高達3.4，達到國際領先水平。
這項突破具有顯著的環境效益。據研究估算，全球冷凍行業每年產生約3.3億噸二氧化碳當量的溫室氣體排放，占氫氟烴類制冷劑總排放量的27%。新型零排放技術若能廣泛應用，每年可減少相當規模的溫室氣體排放，相當于種植17億棵成年樹木的碳匯效果。特別在醫藥冷鏈、食品冷凍等低溫應用領域，該技術將有效替代現有高污染制冷系統。
研究團隊透露，目前正與多家行業領軍企業開展合作，重點攻克材料規模化制備、系統集成優化等商業化關鍵技術。通過改進合金加工工藝和熱力學設計，計劃將制冷功率密度提升50%以上，同時降低30%的系統成本。潘樂陶氣候變化與可持續發展研究中心主任指出，該成果驗證了跨學科技術創新的巨大潛力，為應對氣候變化提供了新的技術選項。
