科大研發全球首台零衰減「彈卡」製冷裝置　 革新全球環保降溫技術

製冷技術在現代社會不可或缺，但傳統蒸汽壓縮製冷系統不僅高耗能，所使用的製冷劑更會加劇溫室效應和破壞臭氧層。香港科技大學（科大）團隊成功研發出全球首台零衰減「彈卡」製冷裝置，運用抗疲勞固態製冷劑，實現持久且環保的製冷技術，即使循環運行超過100萬次，仍能保持穩定性能。新技術將帶來高效的環保降溫技術，為全球實現可持續發展作出貢獻。

「彈卡」製冷是一種利用形狀記憶合金應力誘發可逆相變效應的技術，有望取代傳統製冷劑成為綠色新方案，應用前景廣闊；然而受制於製冷性能衰減和長期可靠性不足兩大缺點，一直未獲廣泛使用。現有「彈卡」製冷裝置大多採用商業鎳鈦形狀記憶合金（NiTi）作為製冷劑，但這種材料在長期相變循環過程中容易產生功能疲勞，長期持續使用下，製冷效果會愈來愈差。

為突破這一瓶頸，由科大機械及航空航天工程學系講座教授孫慶平教授帶領的研究團隊開發出一種抗疲勞形狀記憶合金，並將其集成於新穎的固態製冷劑結構中。團隊透過結合此新型形狀記憶合金材料、器件設計與系統工程，成功解決了材料功能疲勞和結構可靠性兩大關鍵問題，並開發出嶄新的零衰減「彈卡」製冷裝置，能在長期運行過程中保持穩定製冷能力。該裝置具有三大特點：

（一）抗疲勞形狀記憶合金：團隊開發了一種四元TiNiCuCo形狀記憶合金，相比傳統NiTi合金，這種材料在反覆相變循環過程中能夠保持穩定的彈卡性能，實現穩定的潛熱釋放和吸收，提供了可靠的固態製冷劑，讓裝置可長期製冷。

（二）高可靠性的固態製冷劑結構：團隊設計並構建了雙層翅片式的製冷劑結構，提升換熱效率之餘，亦增強結構的抗屈曲能力，實現超過1,000萬次循環壓縮載荷下的超長疲勞壽命。

（三）結構緊湊和耐用的器件架構：團隊進一步優化器件整體結構，以降低熱損失並提升系統穩定性。新設計可減少約50%的零部件數量，並將無效結構比例由15%降低至5%。

運用這種新型材料和器件設計，研究團隊構建了由多個製冷單元集成的「彈卡」製冷裝置。此裝置在100萬次循環運行過程中，仍能保持400瓦製冷功率和41開爾文溫跨（41°C溫度差距）的穩定輸出，且性能毫無衰減。TiNiCuCo製冷劑的加速疲勞測試亦顯示，新型材料在一億次循環運行後，性能仍然毫無衰減。如應用於實際場景，預計製冷劑可使用超過十年，仍能保持可靠的性能表現。

論文通訊作者孫慶平教授表示：「儘管『彈卡』製冷技術的性能在過去十年已顯着提升，但長期製冷的穩定性仍是實際應用中的主要障礙。是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，進一步推動此技術由實驗室邁向市場實際應用。我們正利用此技術開發一套新的空調系統，未來將繼續提升系統的效能、功率密度和成本競爭力，加速其市場應用，為大眾提供可持續的製冷方案。」

另一論文共同通訊作者為科大機械及航空航天工程學系博士後研究員林宏陽博士；第一作者為博士生李楊；其他團隊成員包括博士後研究員李學師博士、博士生蘇長豐及胡驥原。研究成果已於國際能源領域的著名學術期刊《Joule》發表，論文題為「A zero-degradation elastocaloric cooling device using fatigue-resistant refrigerant」。