Metode pendinginan yang lebih efisien, hemat energi, ramah lingkungan, dan portabel adalah arah eksplorasi manusia yang tak henti-hentinya.Baru-baru ini, sebuah artikel online di jurnal Science melaporkan strategi pendinginan fleksibel baru yang ditemukan oleh tim peneliti gabungan ilmuwan Tiongkok dan Amerika – “pendinginan panas torsi”.Tim peneliti menemukan bahwa mengubah putaran di dalam serat dapat mencapai pendinginan.Karena efisiensi pendinginan yang lebih tinggi, ukuran yang lebih kecil, dan penerapannya pada berbagai bahan biasa, “kulkas panas memutar” yang dibuat berdasarkan teknologi ini juga menjadi menjanjikan.
Prestasi ini berkat penelitian kooperatif tim Profesor Liu Zunfeng dari Laboratorium Kunci Negara Biologi Kimia Obat, Fakultas Farmasi, dan Laboratorium Kunci Polimer Fungsional Kementerian Pendidikan Universitas Nankai, dan tim Ray H. Baugman , profesor di Texas State University, Dallas Branch, dan Yang Shixian, Dosen Universitas Nankai.
Turunkan saja suhunya dan putar
Menurut data International Refrigeration Research Institute, konsumsi listrik AC dan lemari es di dunia saat ini menyumbang sekitar 20% dari konsumsi listrik global.Prinsip pendinginan kompresi udara yang banyak digunakan saat ini umumnya memiliki efisiensi Carnot kurang dari 60%, dan gas yang dikeluarkan oleh proses pendinginan tradisional memperburuk pemanasan global.Dengan meningkatnya permintaan manusia akan pendingin, mengeksplorasi teori dan solusi pendinginan baru untuk lebih meningkatkan efisiensi pendinginan, mengurangi biaya, dan mengurangi ukuran peralatan pendingin telah menjadi tugas yang mendesak.
Karet alam akan menghasilkan panas ketika diregangkan, namun suhu akan menurun setelah ditarik.Fenomena ini disebut “pendinginan termal elastis”, yang telah ditemukan sejak awal abad ke-19.Namun, untuk mencapai efek pendinginan yang baik, karet perlu diregangkan terlebih dahulu hingga 6-7 kali panjangnya lalu ditarik kembali.Artinya pendinginan memerlukan volume yang besar.Selain itu, efisiensi “pendinginan termal” Carnot saat ini relatif rendah, biasanya hanya sekitar 32%.
Melalui teknologi “pendinginan torsional”, para peneliti meregangkan elastomer karet berserat dua kali (regangan 100%), kemudian memperbaiki kedua ujungnya dan memutarnya dari salah satu ujungnya untuk membentuk struktur Superhelix.Selanjutnya terjadi pelepasan yang cepat, dan suhu serat karet menurun sebesar 15,5 derajat Celcius.
Hasil ini lebih tinggi dibandingkan efek pendinginan menggunakan teknologi 'elastic thermal refrigeration': karet yang diregangkan 7 kali lebih lama akan berkontraksi dan mendingin hingga 12,2 derajat Celcius.Namun, jika karet dipelintir dan dipanjangkan, lalu dilepaskan secara bersamaan, 'pendinginan termal torsional' dapat mendingin hingga 16,4 derajat Celcius.Liu Zunfeng mengatakan bahwa di bawah efek pendinginan yang sama, volume karet 'pendinginan termal torsional' hanya dua pertiga dari volume karet 'pendinginan termal elastis', dan efisiensi Carnot-nya dapat mencapai 67%, jauh lebih unggul dari prinsip udara. pendinginan kompresi.
Tali pancing dan tali tekstil juga bisa didinginkan
Para peneliti telah memperkenalkan bahwa masih banyak ruang untuk perbaikan pada karet sebagai bahan “pendingin panas torsi”.Misalnya, karet memiliki tekstur yang lembut dan memerlukan banyak putaran untuk mencapai pendinginan yang signifikan.Kecepatan perpindahan panasnya lambat, dan masalah seperti penggunaan berulang dan daya tahan material perlu dipertimbangkan.Oleh karena itu, eksplorasi material “pendingin torsi” lainnya telah menjadi arah terobosan penting bagi tim peneliti.
Menariknya, kami menemukan bahwa skema 'pendinginan panas torsional' juga berlaku pada jalur penangkapan ikan dan tekstil.Sebelumnya, masyarakat tidak menyadari bahwa bahan biasa ini bisa digunakan untuk pendinginan, ”kata Liu Zunfeng.
Para peneliti pertama-tama memelintir serat polimer kaku ini dan membentuk struktur heliks.Meregangkan heliks dapat menaikkan suhu, tetapi setelah heliks ditarik kembali, suhu menurun.
Eksperimen tersebut menemukan bahwa dengan menggunakan teknologi “pendinginan panas torsional”, kawat jalinan polietilen dapat menghasilkan penurunan suhu sebesar 5,1 derajat Celcius, sementara bahan tersebut langsung diregangkan dan dilepaskan hampir tanpa perubahan suhu yang teramati.Prinsip 'pendinginan panas torsi' dari serat polietilen jenis ini adalah selama proses kontraksi regangan, putaran internal heliks berkurang, yang menyebabkan perubahan energi.Liu Zunfeng mengatakan bahwa bahan yang relatif keras ini lebih tahan lama dibandingkan serat karet, dan laju pendinginannya melebihi karet meskipun diregangkan sangat pendek.
Para peneliti juga menemukan bahwa penerapan teknologi “pendinginan panas torsi” pada paduan memori bentuk nikel-titanium dengan kekuatan lebih tinggi dan perpindahan panas lebih cepat menghasilkan kinerja pendinginan yang lebih baik, dan hanya diperlukan putaran yang lebih rendah untuk mencapai efek pendinginan yang lebih besar.
Misalnya, dengan memuntir empat kabel paduan nikel-titanium, penurunan suhu maksimum setelah pelepasan bisa mencapai 20,8 derajat Celcius, dan penurunan suhu rata-rata keseluruhan juga bisa mencapai 18,2 derajat Celcius.Angka ini sedikit lebih tinggi dibandingkan pendinginan 17,0 derajat Celcius yang dicapai dengan menggunakan teknologi 'pendinginan termal'.Satu siklus pendinginan hanya membutuhkan waktu sekitar 30 detik,” kata Liu Zunfeng.
Teknologi baru dapat digunakan pada lemari es di masa depan
Berdasarkan teknologi “pendinginan panas torsi”, para peneliti telah menciptakan model lemari es yang dapat mendinginkan air yang mengalir.Mereka menggunakan tiga kabel paduan nikel-titanium sebagai bahan pendingin, berputar 0,87 putaran per sentimeter untuk mencapai pendinginan 7,7 derajat Celcius.
Perjalanan penemuan ini masih panjang sebelum komersialisasi 'kulkas panas bengkok', baik dengan peluang maupun tantangannya, “kata Ray Bowman.Liu Zunfeng percaya bahwa teknologi pendinginan baru yang ditemukan dalam penelitian ini telah memperluas sektor baru di bidang pendinginan.Ini akan memberikan cara baru untuk mengurangi konsumsi energi di bidang pendinginan.
Fenomena khusus lainnya dalam “pendinginan panas torsi” adalah bahwa bagian-bagian serat yang berbeda menunjukkan suhu yang berbeda, yang disebabkan oleh distribusi periodik heliks yang dihasilkan dengan memutar serat sepanjang arah panjang serat.Para peneliti melapisi permukaan kawat paduan nikel-titanium dengan lapisan Termokromisme untuk membuat serat berubah warna “pendinginan torsional”.Selama proses puntiran dan pelepasan, serat mengalami perubahan warna yang dapat dibalik.Ini dapat digunakan sebagai elemen penginderaan jenis baru untuk pengukuran optik jarak jauh dari putaran serat.Misalnya, dengan mengamati perubahan warna dengan mata telanjang, seseorang dapat mengetahui berapa putaran yang dilakukan material dalam jarak tertentu, yang merupakan sensor yang sangat sederhana.“Liu Zunfeng mengatakan bahwa berdasarkan prinsip” pendinginan panas torsional “, beberapa serat juga dapat digunakan untuk mengubah warna kain secara cerdas.
Waktu posting: 13 Juli-2023