گرما برای خنک کردن اشیا به کار گرفته شد

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از نیواطلس، یکی از این ورقه‌ها گرما را به حرکت مکانیکی و دیگری حرکات را به سرمایش تبدیل می‌کند. در واقع گرما کاری را انجام می‌دهد که معمولا توسط موتور یا محرک الکتریکی که چرخه خنک‌کننده را به حرکت در می‌آورد، انجام می‌شود.

بیشتر یخچال‌ها و دستگاه‌های تهویه هوا از سرمایش تراکم بخار استفاده می‌کنند. در این روش یک کمپرسور برقی گاز یخچال را فشرده می‌کند تا فشار و دمای آن را افزایش دهد. در مرحله بعد مبرد داغ گرما را در محیط پراکنده می‌کند. در این روش گرما از یخچال، اتاق یا دیگر فضاهایی که درحال خنک شدن هستند، جذب می‌شود و دوباره به کمپرسور بر می‌گردد تا چرخه تکرار شود.

سرمایش حالت جامد روش دیگری را به کار می‌گیرد. این روش به جای اتکا به یک کمپرسور برای به جریان انداختن مبرد در تغییرات مکرر گاز- مایع، از موادی استفاده می‌کند که دمای آن در واکنش به برخی محرک‌های خارجی رخ می‌دهد. به عنوان مثال خنک کننده ماژول ترموالکتریک پلتیراز جریان برق برای انتقال گرما در اتصالات نیم رسانا استفاده می‌کند. مواد مگنتوکالریک به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند، اما مواد الکتروکالریک به میدان‌های الکتریکی پاسخ می‌دهند.

از سوی دیگر سرمایش الکتروکالریک نیز وجود دارد که در آن سرمایش به وسیله فشار مکانیکی رخ می‌دهد. برخی آلیاژ‌های حافظه دار از جمله مواد مبتنی بر نیکل- تیتانیوم هنگام کشیده یا فشرده شدن ساختار کریستالی خود را تغییر می‌دهد. بارگیری مواد ممکن است به تغییری از یک فاز کریستال جامد به دیگری منجر و در نتیجه این فرایند گرما آزاد شود. اگر اجازه داده شود گرما فرار کند و سپس بار حذف شود، یک مرحله معکوس به وجود می‌آید که گرما را جذب می‌کند و درنتیجه ماده خنک تر می‌شود. تکرار این چرخه سبب می‌شود آلیاژ به یک مبرد حالت جامد تبدیل شود.

اما یک مشکل نامطلوب در این زمینه وجود دارد. چیزی باید مدام 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 کار به یک پیشرانه الکتریکی نیاز دارد.

محققان KIT و دانشگاه تسوکوبا راه حلی ساده ارائه کردند. آن‌ها از یک آلیاژ حافظه دار دیگر برای به کار انداختن آلیاژ اول استفاده کردند. نمونه اولیه ابداعی آن‌ها یک ورقه تیتانیوم-نیکل با ضخامت ۲۲ میکرومتر است که مانند یک محرک عمل و با یک ورقه تیتانیوم-نیکل-آهن به ضخامت ۲۶.۵ میکرومتر کنار هم قرار می‌گیرد که به عنوان مبرد عمل می‌کند.

محرک تیتانیوم-نیکل درمعرض گرما منقبض می‌شود. هنگامیکه گرما وجود نداشته باشد، این ورقه به شکل از پیش تعیین شده خود برمی گردد 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 برمی‌گردد و گرما را جذب 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 کرده‌اند و به صورت مکانیکی این دو ماده را به هم متصل کرده‌اند.