【Nature】:新一代环保聚合物制冷器:高能效与自振荡特性
特别说明:本文由原子创意原创撰写,旨在分享相关科研知识。因学识有限,难免有所疏漏和错误,请读者批判性阅读,也恳请大方之家批评指正。
研究背景
在全球能源消耗中,空间冷却占据了相当大的比例。传统制冷技术,尤其是基于压缩的制冷系统,虽然广泛应用于日常生活和工业生产中,但其能源效率相对较低,且使用的制冷剂往往具有较高的全球变暖潜能(GWP)。这不仅消耗大量电力,还对环境造成了重大负担。
当前问题
目前市场上的制冷设备大多依赖于外部机械设备来驱动制冷循环,如活塞、泵等,这不仅增加了系统的能耗,还限制了设备的迷你化和集成化发展。同时,这些制冷系统的制冷功率密度和能效比(COP)通常较低,难以满足日益增长的高效节能需求。此外,制冷剂的环境影响和制冷系统的操作复杂性,进一步限制了其应用范围和效率。
新的思路
在本研究中,我们提出了一种全新的自振荡聚合物制冷器,该制冷器利用聚合物铁电材料的电热效应和电致伸缩效应,实现了无外部驱动的自循环制冷。这种设备不仅能有效降低能耗,还能通过简化系统结构,实现设备的轻量化和迷你化。最关键的是,这种新型制冷器展现出极高的制冷功率密度(6.5 W g−1)和优异的能效比(COP超过58),为实现高效、环保、低碳的制冷提供了可能。此外,这种设备还可以灵活调节制冷与加热模式,更好地适应不同的应用需求,展现出广阔的应用前景。
研究内容
材料和设备设计:本研究开发了一种基于聚合物铁电材料的薄膜制冷设备。这种设备利用了聚合物铁电材料的电热效应(ECE)和电致伸缩效应,实现了无需外部动力的自循环制冷。该设备采用的是改性的聚(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) (P(VDF-TrFE-CFE)) 聚合物,通过优化分子结构,实现了高性能的ECE和电致伸缩性能。
制冷循环与能效:设备在单次交流电刺激下,可以通过其工作体自身进行热循环和机械循环,从而无需外部驱动元件。在实验中,该原型设备展示了6.5 W g^-1 的直接测量制冷功率密度和高达58的峰值能效比(COP),这在开放环境下,对应于4 K温度跨度的24 COP。
温度范围和应用:设备在不同的操作模式下能够进行冷却和加热,展示了灵活的热管理能力。该技术在微型化和集成化方面具有显著优势,非常适合需要小型化或定制化热管理解决方案的应用,如可穿戴技术和微电子设备。
性能测试与验证:研究中还对材料的力学和热性能进行了详细测试,验证了其长期稳定性和可靠性。实验结果表明,这种新型制冷器在长时间运行后,其制冷效果和能效表现仍然稳定。
总结展望
总结:本研究成功开发了一种基于聚合物铁电材料的自振荡聚合物制冷器,该设备充分利用了电热效应和电致伸缩效应,实现了高效的自循环制冷功能。通过对材料和设备结构的创新设计,这种新型制冷器在无需外部动力驱动的情况下,展示了出色的制冷功率密度(6.5 W g^-1)和能效比(COP高达58)。此外,该设备在4 K温度跨度下,依然能维持24的高COP,显示出其在实际应用中的巨大潜力。这些成果不仅提高了制冷设备的能效和环保特性,也为制冷技术的未来发展方向提供了新的思路。
展望:
未来,这种自振荡聚合物制冷技术有望在多个领域得到应用,特别是在需要小型化、高效能和环境友好型制冷解决方案的领域,如可穿戴设备、微电子制冷和个人化热管理系统。随着材料科学和制冷技术的进一步发展,我们期待能够对这种聚合物铁电材料进行更多功能的集成和优化,如增强其机械稳定性和热效率,扩大其温度工作范围,以及探索其在更广泛的商业和工业应用中的可行性。此外,针对当前技术的局限性,如长期稳定性和在更广温差下的性能表现,未来的研究应该聚焦于材料耐久性的提升和系统集成的优化。通过不断的技术创新和系统设计改进,自振荡聚合物制冷器有望实现更广泛的商业化应用,从而推动全球制冷行业向着更绿色、更高效的方向发展。
文章信息
Self-oscillating polymeric refrigerator with
high energy efficiency
Donglin Han, Yingjing Zhang, Cenling Huang, Shanyu Zheng, Dongyuan Wu, Qiang Li, Feihong Du, Hongxiao Duan, Weilin Chen
, Junye Shi, Jiangping Chen, Gang Liu, Xin Chen & Xiaoshi Qian
doi.org/10.1038/s41586-024-07375-3
声明:本文翻译以及图片来源于《nature》,如有侵权,后台请联系删!
关于我们
官网:https://t.cn/A6TlOdb6
长沙原子创意信息科技有限公司,为您提供更专业、更优质、更贴心的科研绘图服务。企业成立以来,一直秉承着“诚信经营,客户需求至上”的理念,专注于期刊封面、论文插图和TOC图等业务的设计与制作。截至目前,企业拥有多名硕博科研背景、设计艺术专业等经验丰富的设计师,业务范围涵盖化学、材料、医学和环境等专业领域,客户遍布全球,设计作品先后发表在包括Nature、AAAS 、Wiley 、ACS 、RSC 、 CellElsevier、Springer、KeAi等出版社。
特别说明:本文由原子创意原创撰写,旨在分享相关科研知识。因学识有限,难免有所疏漏和错误,请读者批判性阅读,也恳请大方之家批评指正。
研究背景
在全球能源消耗中,空间冷却占据了相当大的比例。传统制冷技术,尤其是基于压缩的制冷系统,虽然广泛应用于日常生活和工业生产中,但其能源效率相对较低,且使用的制冷剂往往具有较高的全球变暖潜能(GWP)。这不仅消耗大量电力,还对环境造成了重大负担。
当前问题
目前市场上的制冷设备大多依赖于外部机械设备来驱动制冷循环,如活塞、泵等,这不仅增加了系统的能耗,还限制了设备的迷你化和集成化发展。同时,这些制冷系统的制冷功率密度和能效比(COP)通常较低,难以满足日益增长的高效节能需求。此外,制冷剂的环境影响和制冷系统的操作复杂性,进一步限制了其应用范围和效率。
新的思路
在本研究中,我们提出了一种全新的自振荡聚合物制冷器,该制冷器利用聚合物铁电材料的电热效应和电致伸缩效应,实现了无外部驱动的自循环制冷。这种设备不仅能有效降低能耗,还能通过简化系统结构,实现设备的轻量化和迷你化。最关键的是,这种新型制冷器展现出极高的制冷功率密度(6.5 W g−1)和优异的能效比(COP超过58),为实现高效、环保、低碳的制冷提供了可能。此外,这种设备还可以灵活调节制冷与加热模式,更好地适应不同的应用需求,展现出广阔的应用前景。
研究内容
材料和设备设计:本研究开发了一种基于聚合物铁电材料的薄膜制冷设备。这种设备利用了聚合物铁电材料的电热效应(ECE)和电致伸缩效应,实现了无需外部动力的自循环制冷。该设备采用的是改性的聚(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) (P(VDF-TrFE-CFE)) 聚合物,通过优化分子结构,实现了高性能的ECE和电致伸缩性能。
制冷循环与能效:设备在单次交流电刺激下,可以通过其工作体自身进行热循环和机械循环,从而无需外部驱动元件。在实验中,该原型设备展示了6.5 W g^-1 的直接测量制冷功率密度和高达58的峰值能效比(COP),这在开放环境下,对应于4 K温度跨度的24 COP。
温度范围和应用:设备在不同的操作模式下能够进行冷却和加热,展示了灵活的热管理能力。该技术在微型化和集成化方面具有显著优势,非常适合需要小型化或定制化热管理解决方案的应用,如可穿戴技术和微电子设备。
性能测试与验证:研究中还对材料的力学和热性能进行了详细测试,验证了其长期稳定性和可靠性。实验结果表明,这种新型制冷器在长时间运行后,其制冷效果和能效表现仍然稳定。
总结展望
总结:本研究成功开发了一种基于聚合物铁电材料的自振荡聚合物制冷器,该设备充分利用了电热效应和电致伸缩效应,实现了高效的自循环制冷功能。通过对材料和设备结构的创新设计,这种新型制冷器在无需外部动力驱动的情况下,展示了出色的制冷功率密度(6.5 W g^-1)和能效比(COP高达58)。此外,该设备在4 K温度跨度下,依然能维持24的高COP,显示出其在实际应用中的巨大潜力。这些成果不仅提高了制冷设备的能效和环保特性,也为制冷技术的未来发展方向提供了新的思路。
展望:
未来,这种自振荡聚合物制冷技术有望在多个领域得到应用,特别是在需要小型化、高效能和环境友好型制冷解决方案的领域,如可穿戴设备、微电子制冷和个人化热管理系统。随着材料科学和制冷技术的进一步发展,我们期待能够对这种聚合物铁电材料进行更多功能的集成和优化,如增强其机械稳定性和热效率,扩大其温度工作范围,以及探索其在更广泛的商业和工业应用中的可行性。此外,针对当前技术的局限性,如长期稳定性和在更广温差下的性能表现,未来的研究应该聚焦于材料耐久性的提升和系统集成的优化。通过不断的技术创新和系统设计改进,自振荡聚合物制冷器有望实现更广泛的商业化应用,从而推动全球制冷行业向着更绿色、更高效的方向发展。
文章信息
Self-oscillating polymeric refrigerator with
high energy efficiency
Donglin Han, Yingjing Zhang, Cenling Huang, Shanyu Zheng, Dongyuan Wu, Qiang Li, Feihong Du, Hongxiao Duan, Weilin Chen
, Junye Shi, Jiangping Chen, Gang Liu, Xin Chen & Xiaoshi Qian
doi.org/10.1038/s41586-024-07375-3
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很久不见,想了很久还是想写下这条微博。此刻我在听你喜欢的歌,很奇妙,get到了你的品味,感觉你喜欢的歌真的好治愈。特别是华晨宇的,你以前一直在努力的自愈吗?我越听越难过,这几天真的不是很开心,因为我很想你,之前没想到现在我还会这么想你,你现在过得还好吗,先说说我吧,我过得蛮好,没有开始新的一段恋爱,因为现在只想专注于自身,染想染的头发,化想化的妆,走自己想走的风格,我不在乎世俗的声音,我只在乎我自己的感受,我一切都蛮顺利的,偶尔因为你而难过,可能是因为一首歌,一种熟悉的气味,让我又想到了你,我很想知道你的近况,可是我不知道在哪里了解,没有一个渠道可以让我去了解,我猜你现在还是除了忙还是很忙吧,我想你好好休息,好好吃饭,不要太累,不要过的太压力,如果不开心,请一定要找到让你轻松放松的方式去解压。虽然失去不能再重来一次,但是我经历了这么长时间的洗礼,该想通的也想通了,想到以前我要是再成熟一点就好了,你会不会不那么累,会不会….可是我现在说这些有什么用呢,只是感慨啊,这一段时光过得好快,但是我也是真的很想很想你,可是我谁都不能说,我必须要装的我已经放下了,我也不想再爱了,未来一年里不出意外的话我想我也不会再开始一段恋爱了。我想,等我有足够能力的时候。等我彻底释怀的时候,这才是对一段恋爱最好的尊重。最后,我还是想说,我真的很想你,你不要忘记我好吗,你一定要平安健康才好
沉下心,慢慢变好!沉得住气,专注当下!人生在世,每个人都会面临挑战和困难,也难免会心浮气躁。有时候我们无法做好一件事情,是因为把时间都用在了焦虑和烦躁上:焦虑他人会怎么看待自己,烦躁于负面情绪难以排解。这时候,请记得深呼吸,然后告诉自己:沉住气,慢慢来,先做好当下最重要的事情。沉得住气,是一种格局、一种追求,更是一种耐力。碰到艰难困苦,稳得住心、沉得住气,默默做好当下的每一件小事,等到机会来临才能一把抓住、扭转乾坤。深耕自己,厚积薄发想要找到水源,与其去凿许多井,不如集中时间和精力去凿一口深井。了解自己、确定方向,然后用勤奋和拼搏把握当下,不断深耕、持续精进,就有机会成为高手。很多事情都是这样,做了不一定马上有结果,但找对方向、坚持下去,总会看到希望。只有养得根深,才能枝繁叶茂。别急着让生活一下子给予你所有的答案,沉下心来,默默蓄力,才能厚积薄发。好的人生,需要慢慢来有的人时常羡慕别人的成功,只想着自己能在短时间内变成一个厉害的人,却忽略了这个过程中需要一点一滴的积累,需要不断地打磨自己的专业技能。俗话说:“饭未煮熟,不能妄自一开;蛋未孵成,不能妄自一啄。”煮饭、育雏,都要经过一番耐心等待才能完成。好的人生也一样,需要沉住气,慢慢来。只要路是对的,就不怕路远。好的人生,需要慢慢来。别着急,沉下心,慢慢变成那个更好的自己!
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