استفاده از گرما برای خنک‌سازی اشیا
محققان موسسه فناوری کارلسروهه و دانشگاه تسوکوبا ژاپن با ترکیب دو لایه نازک از آلیاژهای حافظه‌دار، یک خنک‌کننده آزمایشی جدید طراحی کردند. این نوآوری می‌تواند به بهبود فناوری‌های خنک‌سازی در آینده کمک...
به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، یکی از ورقه‌های مورد استفاده در این فناوری، گرما را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند و دیگری حرکات را به سرمایش تبدیل می‌نماید. در واقع، گرما وظیفه‌ای را انجام می‌دهد که معمولاً توسط موتور یا محرک الکتریکی که چرخه خنک‌کننده را به حرکت در می‌آورد، انجام می‌شود. بیشتر یخچال‌ها و سیستم‌های تهویه هوا از روش سرمایش تراکم بخار بهره می‌برند. در این روش، یک کمپرسور برقی گاز یخچال را فشرده می‌کند تا فشار و دمای آن افزایش یابد. سپس، مبرد داغ گرما را در محیط پراکنده می‌سازد. در این فرآیند، گرما از یخچال، اتاق یا سایر فضاهایی که در حال خنک شدن هستند، جذب می‌شود و دوباره به کمپرسور بازمی‌گردد تا چرخه تکرار شود.
روش دیگری که در سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد، سرمایش حالت جامد است. این روش به جای اتکا به کمپرسور برای به جریان انداختن مبرد در تغییرات مکرر گاز- مایع، از موادی استفاده می‌کند که دمای آن‌ها در واکنش به برخی محرک‌های خارجی تغییر می‌کند. به عنوان مثال، خنک‌کننده ماژول ترموالکتریک پلتیراز از جریان برق برای انتقال گرما در اتصالات نیمه‌رسانا استفاده می‌کند. مواد مگنتوکالریک به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند، در حالی که مواد الکتروکالریک به میدان‌های الکتریکی پاسخ می‌دهند. همچنین، نوع دیگری از سرمایش به نام سرمایش الکتروکالریک وجود دارد که در آن سرمایش به وسیله فشار مکانیکی ایجاد می‌شود. برخی آلیاژهای حافظه‌دار، از جمله مواد مبتنی بر نیکل-تیتانیوم، هنگام کشیده یا فشرده شدن، ساختار کریستالی خود را تغییر می‌دهند. بارگذاری این مواد ممکن است به تغییری از یک فاز کریستال جامد به دیگری منجر شود و در نتیجه این فرآیند گرما آزاد گردد. اگر اجازه داده شود گرما فرار کند و سپس بار حذف شود، یک مرحله معکوس به وجود می‌آید که گرما را جذب کرده و در نتیجه ماده خنک‌تر می‌شود. تکرار این چرخه باعث می‌شود آلیاژ به یک مبرد حالت جامد تبدیل گردد.
با این حال، یک مشکل نامطلوب در این زمینه وجود دارد. نیاز است که چیزی به طور مداوم مبرد را کشیده و آزاد کند. نمونه‌های اولیه الاستوکالریک فعلی معمولاً از موتورهای الکترومکانیکی یا محرک‌های هیدرولیکی برای تولید نیروهای قابل توجه مورد نیاز برای تغییر شکل مکرر آلیاژهای حافظه‌دار خود استفاده می‌کنند. بنابراین، اگرچه خود مبرد جامد است، سیستم خنک‌کننده هنوز برای عملکرد به یک پیشرانه الکتریکی نیاز دارد.
محققان KIT و دانشگاه تسوکوبا راه‌حلی ساده ارائه کردند. آن‌ها از یک آلیاژ حافظه‌دار دیگر برای به کار انداختن آلیاژ اول استفاده کردند. نمونه اولیه ابداعی آن‌ها یک ورقه تیتانیوم-نیکل با ضخامت ۲۲ میکرومتر است که به عنوان محرک عمل کرده و با یک ورقه تیتانیوم-نیکل-آهن به ضخامت ۲۶.۵ میکرومتر که به عنوان مبرد عمل می‌کند، کنار هم قرار می‌گیرد. محرک تیتانیوم-نیکل در معرض گرما منقبض می‌شود. هنگامی که گرما وجود نداشته باشد، این ورقه به شکل از پیش تعیین‌شده خود بازمی‌گردد و مبرد تیتانیوم-نیکل-آهن کشیده می‌شود. این کشش به ایجاد یک گذار فاز ناشی از تنش در مبرد و آزاد شدن گرما منجر می‌شود. پس از اینکه گرما به یک هیت سینک منتقل شد، محرک خنک و آزاد می‌شود. بار روی مبرد کاهش می‌یابد، ساختار کریستالی آن به حالت اولیه برمی‌گردد و گرما را جذب کرده و خنک می‌شود. گرم کردن مجدد محرک، چرخه را از سر می‌گیرد. به عبارت دیگر، محققان یک مبرد الاستوکالریک را که باید بارها کشیده و آزاد شود، با یک فلز هوشمند دیگر که می‌تواند هنگام گرم شدن و سرد شدن این حرکت را فراهم کند، جفت کرده و به صورت مکانیکی این دو ماده را به هم متصل کرده‌اند.