Według Międzynarodowego Instytutu Chłodnictwa, chłodnictwo i klimatyzacja zużywają około 20% światowej energii elektrycznej. Konwencjonalne lodówki uwalniają również gazy, które znacznie przyczyniają się do globalnego ocieplenia. W miarę wzrostu zużycia, szczególnie ze względu na rosnące potrzeby krajów rozwijających się, badacze badają alternatywne technologie chłodzenia w celu zwiększenia wydajności chłodzenia, obniżenia kosztów i zmniejszenia rozmiarów.

W poszukiwaniu nowych technologii

Zespół naukowców swoje badania oparł na skręceniu i rozwijaniu takich materiałów jak guma naturalna, zwykła żyłka wędkarska i drut niklowo-tytanowy. Doświadczenia wykazały, że w wyniku zmiany skrętu włókien dochodzi do zjawiska zwanego chłodzeniem skrętnym. Z kolei efekt rozkręcania gumki znany jest jako chłodzenie elastokaloryczne.

Naukowcy rozciągnęli włókna gumy, a następnie skręcili je mocno. Zwolnienie skrętu i rozciągnięcia z gumy spowodowało chłodzenie 16,4ºC.

Twistokaloryczne chłodzenie działało również w przypadku żyłki. Naukowcy wprowadzili skręt w nieelastyczną polimerową żyłkę wędkarską, aż do powstania cewek. Rozciągnięcie zwiniętego włókna spowodowało nagrzanie, natomiast uwolnienie przez rozciągnięcie wytworzyło maksymalne chłodzenie powierzchniowe wynoszące 5,1ºC.

„Stosując przeciwne kierunki skręcania i zwijania, opracowaliśmy włókna, które schładzają się po rozciągnięciu”, powiedział dr Ray Baughman, dyrektor Alan G MacDiarmid NanoTech Institute w UT Dallas. „Jest to dość niezwykłe zachowanie, ponieważ zwykłe materiały nagrzewają się po rozciągnięciu.”

Aby zrozumieć efekt chłodzenia, naukowcy wykorzystali krystalografię rentgenowską, aby sprawdzić, co dzieje się na poziomie molekularnym. „Stwierdziliśmy, że zwolnienie odcinka z włókna zwiniętego powoduje częściową konwersję fazy o niskiej entropii w fazę o wysokiej entropii”, powiedział dr Zunfeng Liu, profesor w State Key Lab of Medicinal Chemical Biology w College of Apteka na Uniwersytecie Nankai w Tianjin.

Więcej informacji na stronach University of Texas w Dallas: https://www.utdallas.edu/news/research/nano-twist-fridges-2019/

Badania opublikowano w czasopiśmie Science z 11 października 2019 r.