盛夏酷热，很多人回到家第一件事便是打开冷气。凉风送爽固然令人舒畅，但当中的环境代价却由地球承担。传统的蒸汽压缩制冷方法不但消耗大量能源，制冷剂更会造成环境污染。
那么，有没有一种冷气既清凉又减少对地球的伤害？科学家一直寻找更环保的制冷方案，其中固态「弹卡」制冷技术被视为极具潜力的替代方案。这项技术利用形状记忆合金（SMA）的相变潜热来制冷，无需使用传统制冷剂。不过，其发展一直受制于「功能疲劳」的难题。随着制冷循环次数增加，传统弹卡制冷材料的性能会逐渐衰退，制冷效果亦随之下降。
科大的研究团队成功突破技术瓶颈，研发出全球首台零衰减弹卡制冷装置，即使经过100万次以上的操作循环，装置依然未见疲态，制冷功能保持在高峰值水平。
全力支持本港首份五年规划
这项突破可谓恰逢其时。香港特区政府于2026年9月公布了《香港第一个五年规划（2026-2030）》，把绿色转型列为香港的重要发展策略，并就减低能源消耗、加速本地绿色科技成果转化，订下积极进取的目标。
科大一直走在绿色转型的前线，今次研究团队将先进材料转化为切实可行的零衰减制冷原型，为香港推动绿色转型及实现可持续发展目标提供新动能。
塑造绿色未来
这项技术突破到底有多「酷」？首先要从弹卡制冷的物理原理说起。传统制冷方法主要透过压缩和膨胀制冷剂来降温，制冷剂本身就是强力的温室气体。弹卡制冷则另辟途径，利用形状记忆合金应力诱发可逆相变效应来制冷——合金被机械压缩时释放热量，压力一解除便会吸收四周的热量，令温度下降，整个制冷过程无须依赖传统制冷剂。
原理看似简单，要把技术推展到市场应用，却面临一大挑战。现时弹卡制冷大多采用商业镍钛（NiTi）形状记忆合金作为制冷剂，但经长期使用后，其内部微结构会逐渐退化，导致制冷功能愈来愈差。
科大机械及航空航天工程学系讲座教授孙庆平教授带领研究团队，从材料本身着手破解难题。团队在传统的镍钛合金加入铜和钴，成功研发出高度抗疲劳的崭新四元钛镍铜钴（ TiNiCuCo）合金。新材料在反复制冷循环中，仍能持续释放和吸收潜热，保持稳定高效的制冷表现，大幅延长制冷系统的使用寿命。
经得起千万次考验的装置
材料突破只成功了一半，弹卡制冷需要不断向材料施加和解除应力，除了合金本身要捱得住，整个制冷结构也必须经得起日复日的机械考验。科大团队为此设计出高可靠性的双层翅片式制冷结构，既能大幅提升换热效率，亦显著增强了结构的抗屈曲阻力。在独立测试中，新结构经过1,000万次压缩循环后，依然完好无损。
团队亦把整体结构化繁为简，以减少热损失及提升系统稳定性。透过精巧的工程设计，将零部件总数减少一半，同时将不涉及制冷操作的无效结构比例，从 15%大减至5%。
材料与工程设计双管齐下，最终造就这台由多个制冷单元集成、精巧而高效的弹卡制冷装置，而测试结果更证明其耐力非凡：
- 持续制冷：稳定输出400瓦制冷功率
- 显著温差：维持41开尔文（约41°C）的温差
- 零耗损：经过100万次操作循环后，制冷效能丝毫无损，保持高峰值表现
团队更对TiNiCuCo制冷材料进行了严格的加速抗疲劳测试，在一亿次操作循环后，功能依然未有衰减。一亿次循环代表甚么？团队估算，若应用于实际制冷系统，这种制冷材料可稳定运作超过十年。
孙教授表示︰「这次研究将先进的形状记忆合金材料与创新器件工程结合，让『弹卡』制冷技术冲破局限，为提升制冷材料及器件的稳定性带来重要突破。」
可持续制冷的全球新标准
团队现正利用这项崭新技术为基础，研发具备完整功能的冷气机原型。下一步，团队将进一步提升弹卡制冷系统的能源效率及功率密度，同时降低制造成本，目标是加快技术落地，使其成为全球可持续制冷科技的新标准。
这项研究已刊登于国际同行评审的顶级能源科学期刊《Joule》，论文题为「A zero-degradation elastocaloric cooling device using fatigue-resistant refrigerant」。除了孙庆平教授外，团队成员亦包括科大机械及航空航天工程学系博士后研究员林宏阳博士、第一作者博士生李杨、博士后研究员李学师博士、博士生苏长丰及胡骥原。
由一块抗疲劳的崭新合金，到一台久用不衰的冷气装置，科大凭着对创新的坚持与追求，将前沿科研成果转化为可持续发展方案，一步步为地球开创更绿色、更低碳的未来。
