0906 科技｜固態冷卻新技術以熱製冷　廢熱直接「變冷氣」毋須摩打

[星島綜合報道]電子產品產生的廢熱，未來或可反過來成為製冷動力。德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）與日本筑波大學研究團隊研發實驗性固態冷卻裝置，利用熱力驅動形狀記憶合金，再將產生的機械運動轉化為冷卻效果，毋須傳統電動摩打或液壓裝置驅動製冷循環。研究已刊登於《Nature Energy》。

技術採用「彈熱製冷」（elastocaloric cooling）原理。部分形狀記憶合金受到拉伸或壓縮時，晶體結構會改變並釋放熱量；散熱後解除外力，材料回復原來結構時則會吸收熱量，從而產生降溫效果。不過，過往同類系統仍需電動摩打等設備反覆拉伸材料。

研究團隊改以另一種形狀記憶合金提供動力。原型裝置由兩片極薄合金組成，包括22微米厚的鈦鎳（TiNi）薄膜，以及26.5微米厚的鈦鎳鐵（TiNiFe）薄膜。前者擔任熱力致動器，受熱後收縮並產生機械運動；後者則作為製冷材料，利用受到的機械應力及晶體相變吸收熱量。簡單而言，就是一片合金把「熱」轉成「動力」，另一片再把「動力」轉成「冷」。

實驗初期以電阻加熱TiNi薄膜，當致動器平均最高溫度達86°C時，製冷薄膜本身產生12.9 K溫差；加入熱交換器等完整裝置後，運作20個循環可維持4.0 K溫差。

團隊其後改用130°C外部固體熱源直接驅動裝置，證明毋須電阻加熱亦可運作，持續產生2.2 K溫差，冷端較起始溫度低約1°C，冷卻功率為2.09毫瓦，相當於每克活性製冷材料3.32 W。

不過，技術目前仍屬可行性驗證，毫瓦級冷卻功率及2.2 K溫差，遠不足以應付現代高功率處理器或GPU。研究的主要突破，是證明熱力本身可以驅動彈熱製冷循環；若日後能提高冷卻能力，電子設備產生的廢熱或有機會被回收，用來協助自身散熱。

圖片：Ella Maru Studio
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