盛夏酷熱，很多人回到家第一件事便是打開冷氣。涼風送爽固然令人舒暢，但當中的環境代價卻由地球承擔。傳統的蒸汽壓縮製冷方法不但消耗大量能源，製冷劑更會造成環境污染。
那麼，有沒有一種冷氣既清涼又減少對地球的傷害？科學家一直尋找更環保的製冷方案，其中固態「彈卡」製冷技術被視為極具潛力的替代方案。這項技術利用形狀記憶合金（SMA）的相變潛熱來製冷，無需使用傳統製冷劑。不過，其發展一直受制於「功能疲勞」的難題。隨着製冷循環次數增加，傳統彈卡製冷材料的性能會逐漸衰退，製冷效果亦隨之下降。
科大的研究團隊成功突破技術瓶頸，研發出全球首台零衰減彈卡製冷裝置，即使經過100萬次以上的操作循環，裝置依然未見疲態，製冷功能保持在高峰值水平。
全力支持本港首份五年規劃
這項突破可謂恰逢其時。香港特區政府於2026年9月公布了《香港第一個五年規劃（2026-2030）》，把綠色轉型列為香港的重要發展策略，並就減低能源消耗、加速本地綠色科技成果轉化，訂下積極進取的目標。
科大一直走在綠色轉型的前線，今次研究團隊將先進材料轉化為切實可行的零衰減製冷原型，為香港推動綠色轉型及實現可持續發展目標提供新動能。
塑造綠色未來
這項技術突破到底有多「酷」？首先要從彈卡製冷的物理原理說起。傳統製冷方法主要透過壓縮和膨脹製冷劑來降溫，製冷劑本身就是強力的溫室氣體。彈卡製冷則另闢途徑，利用形狀記憶合金應力誘發可逆相變效應來製冷——合金被機械壓縮時釋放熱量，壓力一解除便會吸收四周的熱量，令溫度下降，整個製冷過程無須依賴傳統製冷劑。
原理看似簡單，要把技術推展到市場應用，卻面臨一大挑戰。現時彈卡製冷大多採用商業鎳鈦（NiTi）形狀記憶合金作為製冷劑，但經長期使用後，其內部微結構會逐漸退化，導致製冷功能愈來愈差。
科大機械及航空航天工程學系講座教授孫慶平教授帶領研究團隊，從材料本身着手破解難題。團隊在傳統的鎳鈦合金加入銅和鈷，成功研發出高度抗疲勞的嶄新四元鈦鎳銅鈷（ TiNiCuCo）合金。新材料在反覆製冷循環中，仍能持續釋放和吸收潛熱，保持穩定高效的製冷表現，大幅延長製冷系統的使用壽命。
經得起千萬次考驗的裝置
材料突破只成功了一半，彈卡製冷需要不斷向材料施加和解除應力，除了合金本身要捱得住，整個製冷結構也必須經得起日復日的機械考驗。科大團隊為此設計出高可靠性的雙層翅片式製冷結構，既能大幅提升換熱效率，亦顯著增強了結構的抗屈曲阻力。在獨立測試中，新結構經過1,000萬次壓縮循環後，依然完好無損。
團隊亦把整體結構化繁為簡，以減少熱損失及提升系統穩定性。透過精巧的工程設計，將零部件總數減少一半，同時將不涉及製冷操作的無效結構比例，從 15%大減至5%。
材料與工程設計雙管齊下，最終造就這台由多個製冷單元集成、精巧而高效的彈卡製冷裝置，而測試結果更證明其耐力非凡：
- 持續製冷：穩定輸出400瓦製冷功率
- 顯著溫差：維持41開爾文（約41°C）的溫差
- 零耗損：經過100萬次操作循環後，製冷效能絲毫無損，保持高峰值表現
團隊更對TiNiCuCo製冷材料進行了嚴格的加速抗疲勞測試，在一億次操作循環後，功能依然未有衰減。一億次循環代表甚麼？團隊估算，若應用於實際製冷系統，這種製冷材料可穩定運作超過十年。
孫教授表示︰「這次研究將先進的形狀記憶合金材料與創新器件工程結合，讓『彈卡』製冷技術衝破局限，為提升製冷材料及器件的穩定性帶來重要突破。」
可持續製冷的全球新標準
團隊現正利用這項嶄新技術為基礎，研發具備完整功能的冷氣機原型。下一步，團隊將進一步提升彈卡製冷系統的能源效率及功率密度，同時降低製造成本，目標是加快技術落地，使其成為全球可持續製冷科技的新標準。
這項研究已刊登於國際同行評審的頂級能源科學期刊《Joule》，論文題為「A zero-degradation elastocaloric cooling device using fatigue-resistant refrigerant」。除了孫慶平教授外，團隊成員亦包括科大機械及航空航天工程學系博士後研究員林宏陽博士、第一作者博士生李楊、博士後研究員李學師博士、博士生蘇長豐及胡驥原。
由一塊抗疲勞的嶄新合金，到一台久用不衰的冷氣裝置，科大憑着對創新的堅持與追求，將前沿科研成果轉化為可持續發展方案，一步步為地球開創更綠色、更低碳的未來。
