形状记忆合金提供高效，环保的冷却技术

当前，在世界各地的制冷和HVAC系统中使用的冷却技术在效率和环境影响方面均达到了稳定水平。

由马里兰大学领导的国际研究小组开发了一种新型的弹性冷却材料，该材料高效，环保且易于扩大规模，可用于商业用途。

研究人员新的冷却材料是镍钛合金，使用添加技术（3-D打印）雕刻而成。他们的工作发表在2019年11月29日的《科学》杂志上。

制冷技术在全球的制冷和HVAC系统中使用，是一项价值数十亿美元的业务。蒸气压缩冷却已经在市场上占据了150多年的历史，效率一直处于稳定状态，并使用了具有全球升温潜能的化学制冷剂。在过去的十年中，一直在开发固态弹性热冷却技术，其中应力施加到材料上以释放和吸收（潜能）热量，它是替代冷却技术的领先者。形状记忆合金被发现具有显着的弹性冷却作用。然而，磁滞现象（每个周期的工作损失，导致疲劳并最终导致此类材料失效）仍然是一个挑战。

由UMD材料科学与工程（MSE）教授Ichiro Takeuchi领导的国际合作团队开发了一种改进的弹性冷却材料，该材料使用了镍（Ni）-钛（Ti）金属的混合物，并使用3D打印机进行了锻造。不仅可能比现有技术更高效，而且完全是“绿色”的。而且，它可以快速扩大规模以用于更大的设备。

“在替代冷却技术领域，在材料方面和系统方面都非常重要–我们很幸运在马里兰大学帕克分校拥有一支高素质的专家团队，致力于两端。”竹内教授说。“只有这两项努力紧密结合，您才能迅速取得进步，而我们的团队才能够做到。”

相对而言，热量冷却技术分为三类-磁热，电热和弹性热-所有这些都是“绿色”且无蒸气的。磁热中最古老的一种，已开发了40年，现在正处于商业化的边缘。

竹内说：“在这一领域，对添加剂技术（也称为3D打印）的需求尤为迫切，因为这些材料还可以充当热交换器，将冷却传递到诸如水的介质上。”

竹内（Takeuchi）从事这项技术的开发已有近十年时间，他在2010年获得这项研究的UMD年度杰出发明奖，而能源部（DOE）将弹性热冷却（也称为热弹性冷却）列为“最有希望的替代冷却”第一名。技术在2014年迈出了新步伐，离商业化迈出了一步。

Takeuchi说：“这项创新的关键是基础疲劳，但这种磨损是根本的，但很少被讨论，这是疲劳的原因。”“当人们期望冰箱能使用十年或更长时间时，这是一个问题。因此，我们在研究中解决了这个问题。”

团队在四个月的时间内对他们的创作进行了严格的测试，并保持了其完整性。“某些已知的弹性材料仅经过数百次循环就开始表现出冷却性能下降。令我们惊讶的是，我们合成的新材料在一百万次循环后没有变化。” UMD的Huilong Hou表示，他是这项工作的第一作者，也是材料科学与工程系的博士后研究员。

金属增材制造使用激光熔化然后混合粉末形式的金属。通过控制粉末进料，该团队能够生产纳米复合材料，从而提高了材料的鲁棒机械完整性。

该研究小组还包括爱荷华州埃姆斯市美国能源部埃姆斯实验室的科学家，在那里进行了3D打印，以及科罗拉多州Golden的科罗拉多矿业大学的研究人员帮助研究了印刷材料的内部结构。 。

资金由美国能源部（DOE）的美国能源高级研究计划局（ARPA-E）提供，以ARPA-E DEAR0000131赠款的形式支持马里兰大学形状记忆合金的原始表征。激光工程网成形（LENS）设备的使用得到了关键材料研究所（Critical Materials Institute）的支持，该研究所是能源创新中心，由能源部能源效率和可再生能源办公室高级制造办公室资助。根据与爱荷华州立大学签订的合同DE-AC02-07CH11358，美国能源部科学办公室基础能源科学计划的材料科学与工程学部门也支持了Ames实验室的工作。

参考：侯慧龙，艾姆拉·西姆塞克，陶马，内森·约翰逊，钱素心，谢克·西塞，德鲁·斯塔萨克，奈拉·阿尔·哈桑，林周，黄允浩，莱因哈德·拉德马赫（Reinhard Radermacher） ，Valery I.Levitas，Matthew J.Kramer，Mohsen Asle Zaeem，Aaron P.Stebner，Ryan T.Ott，Jun Cui和Ichiro Takeuchi，2019年11月29日，科学.DOI：
10.1126 / science.aax7616