【儀表網 研發快訊】近日，南方科技大學材料科學與工程系任富增教授團隊在寬溫域彈卡材料研究方面取得新進展。相關成果以“Super-Stable Triphase Nanostructured NiTi for Elastocaloric Heat Pump”為題，發表于學術期刊 Advanced Functional Materials。
在全球能源轉型與“雙碳”目標背景下，傳統基于蒸汽壓縮的制冷與熱泵技術因依賴制冷劑，對生態環境與氣候變化帶來日益嚴峻的溫室效應挑戰。在此形勢下，固態制冷技術逐漸進入科研與產業視野。該技術利用材料在磁場、電場或應力場作用下發生固–固相變并伴隨吸放熱的物理效應(如磁熱效應、電熱效應和彈卡效應等)，可實現高效制冷與制熱。其中，應力驅動的彈卡制冷/熱泵技術無需使用傳統制冷劑，具有環境友好、能效比高以及易于制造和回收等顯著優勢，已成為國際研究熱點。
在眾多彈卡材料中，超彈性鎳鈦形狀記憶合金因其在應力誘導可逆相變過程中能夠釋放和吸收大量潛熱，被認為是實現彈卡固態熱泵的理想候選材料之一。然而，現有商用鎳鈦合金在實際應用中仍面臨瓶頸：其力學性能與彈卡效應對溫度變化高度敏感，且在循環加載條件下易發生功能衰減和疲勞失效，難以滿足熱泵系統對十年以上穩定運行壽命的工程化需求。
針對上述關鍵瓶頸，研究團隊通過精確調控冷軋工藝參數，成功制備出一種由納米晶馬氏體、納米晶奧氏體與非晶相共同構成的三相納米結構鎳鈦合金。該合金在 20–100 °C 的寬溫域范圍內，其應力–應變響應及絕熱溫變幾乎不隨環境溫度變化(圖1)，表現出優異的力學穩定性、熱穩定性與彈卡效應穩定性。
除寬溫域穩定性能外，該材料在長期服役可靠性方面同樣表現突出：在2億次循環加載條件下幾乎未出現功能衰減或疲勞失效(圖2)，驗證了其在極端工況下仍具備超長壽命與高可靠性。該成果為新一代超穩定彈卡形狀記憶合金的設計與調控提供了全新思路，有望推動彈卡制冷與固態熱泵技術的工程化與規模化應用。
南方科技大學材料科學與工程系研究助理教授儲康杰為論文第一作者，任富增為論文通訊作者。南方科技大學為論文第一單位。
該研究工作得到了廣東省自然科學基金委面上項目、深圳市自然科學基金面上項目以及南方科技大學公共分析測試中心的支持。
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