Additiv fremstilling og Ni/Ti metal forstærker køleteknologi

Forskere ved University of Maryland (UMD) har udviklet et nyt elastokalorisk kølemateriale, bestående af en nikkel (Ni) -titanium (Ti) legering og skulptureret ved hjælp af additiv teknologi, det er yderst effektivt, miljøvenlig og let opskaleret til kommerciel brug. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskab den 29. november.

Køleteknologi, bruges i køle- og HVAC -systemer rundt om i verden, er en virksomhed på flere milliarder dollars. Dampkomprimeringskøling, som har domineret markedet i over 150 år, ikke kun er plateauet, hvad angår effektivitet, men bruger også kemiske kølemidler med stort potentiale for global opvarmning (GWP). Solid-state elastokalorisk køling, hvor belastning påføres materialer for at frigive og absorbere (latent) varme, har været under udvikling i det sidste årti og er en frontløber inden for de såkaldte alternative køleteknologier. Formhukommelseslegeringer (SMA'er) viser sig at have en betydelig elastokalorisk køleeffekt; imidlertid, tilstedeværelse af hysterese - arbejde tabt i hver cyklus og årsag til materialetræthed og eventuel svigt - er fortsat en udfordring.

Til det formål, et internationalt team af samarbejdspartnere ledet af UMD A. James Clark Engineering School Professor Ichiro Takeuchi har udviklet et forbedret elastokalorisk kølemateriale ved hjælp af en blanding af nikkel og titaniummetaller, smedet ved hjælp af en 3D-printer, det er ikke kun potentielt mere effektivt end den nuværende teknologi, men er helt 'grøn'. I øvrigt, det kan hurtigt skaleres op til brug i større enheder.

"På dette område med alternative køleteknologier, det er meget vigtigt at arbejde på begge materialer, såvel som systemerne slutter-vi er så heldige at have et højt kvalificeret team af eksperter på UMD College Park til at arbejde i begge ender, "sagde professor Takeuchi." Det er først, når disse to bestræbelser er tæt tilpasset, at du gør hurtige fremskridt, hvilket vores team kunne. "

Forholdsvis set, der er tre klasser af kalorikøleteknologi - magnetocaloric, elektrokalorisk og elastokalorisk-som alle er 'grøn' og dampfri. Magnetocaloric, den ældste af de tre, har været under udvikling i 40 år og er lige nu på nippet til at blive kommercialiseret.

"Behovet for additiv teknologi, ellers kendt som 3D-udskrivning, på dette område er særlig akut, fordi disse materialer også fungerer som varmevekslere, levere afkøling til et medium såsom vand, "sagde Takeuchi.

Takeuchi har udviklet denne teknologi i næsten et årti - han modtog årets UMD Outstanding Invention for denne forskning i 2010, og DOE rangerede elastokalorisk køling, også kendt som termoelastisk køling, #1 som den 'mest lovende' af alternativ køleteknologi i 2014 - og det er et skridt tættere på kommercialisering.

"Nøglen til denne innovation, der er grundlæggende, men diskuteres ikke ofte, er at materialer træthed - de slides, "sagde Takeuchi." Dette er et problem, når folk forventer, at deres køleskabe holder i et årti, eller længere. Så, vi tog fat på problemet i vores undersøgelse. "

Teamet testede deres skabelse kraftigt-materialet gennemgik en million cykler i løbet af en fire måneders periode og bevarede stadig sin integritet. "Nogle kendte elastokaloriske materialer begynder at vise nedbrydning i køleadfærd efter bare hundredvis af cyklusser. Til vores overraskelse, det nye materiale, vi syntetiserede, viste ingen ændring efter en million cykler, "sagde Hou, den første forfatter til værket. Metaladditivproduktionen, der bruger en laser til at smelte og derefter blande metaller i pulverform. Ved at kontrollere pulverfoderet, teamet var i stand til at producere nanokompositter, hvilket gav anledning til den robuste mekaniske integritet i materialet.