0906 科技｜固态冷却新技术以热制冷　废热直接“变冷气”毋须摩打

[星岛综合报道]电子产品产生的废热，未来或可反过来成为制冷动力。德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）与日本筑波大学研究团队研发实验性固态冷却装置，利用热力驱动形状记忆合金，再将产生的机械运动转化为冷却效果，毋须传统电动摩打或液压装置驱动制冷循环。研究已刊登于《Nature Energy》。

技术采用“弹热制冷”（elastocaloric cooling）原理。部分形状记忆合金受到拉伸或压缩时，晶体结构会改变并释放热量；散热后解除外力，材料回复原来结构时则会吸收热量，从而产生降温效果。不过，过往同类系统仍需电动摩打等设备反复拉伸材料。

研究团队改以另一种形状记忆合金提供动力。原型装置由两片极薄合金组成，包括22微米厚的钛镍（TiNi）薄膜，以及26.5微米厚的钛镍铁（TiNiFe）薄膜。前者担任热力致动器，受热后收缩并产生机械运动；后者则作为制冷材料，利用受到的机械应力及晶体相变吸收热量。简单而言，就是一片合金把“热”转成“动力”，另一片再把“动力”转成“冷”。

实验初期以电阻加热TiNi薄膜，当致动器平均最高温度达86°C时，制冷薄膜本身产生12.9 K温差；加入热交换器等完整装置后，运作20个循环可维持4.0 K温差。

团队其后改用130°C外部固体热源直接驱动装置，证明毋须电阻加热亦可运作，持续产生2.2 K温差，冷端较起始温度低约1°C，冷却功率为2.09毫瓦，相当于每克活性制冷材料3.32 W。

不过，技术目前仍属可行性验证，毫瓦级冷却功率及2.2 K温差，远不足以应付现代高功率处理器或GPU。研究的主要突破，是证明热力本身可以驱动弹热制冷循环；若日后能提高冷却能力，电子设备产生的废热或有机会被回收，用来协助自身散热。

图片：Ella Maru Studio
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