香港科技大学工学院科研团队近日取得重大技术突破，成功研制出全球首台能够实现零下12摄氏度低温的弹卡冷冻装置。这项创新成果不仅拓展了绿色制冷技术的应用边界，更为全球冷冻行业低碳转型提供了切实可行的技术路径。相关研究论文以《低温相变合金实现零下弹卡制冷》为题，已发表于国际权威学术期刊《自然》。
在全球气候变暖背景下，制冷需求呈现爆发式增长。数据显示，冷冻技术消耗的电力占全球总量的相当比例，而传统蒸气压缩制冷系统依赖的氢氟烃类制冷剂，其全球变暖潜能值高达二氧化碳的数千倍。基于形状记忆合金的弹卡制冷技术因其零排放、高能效特性，被视为最具潜力的环保替代方案。该技术通过合金在循环应力作用下的相变潜热吸收与释放实现制冷，完全摒弃传统制冷剂。
科研团队负责人孙庆平教授介绍，新型装置通过三大核心技术革新实现性能突破：首先采用高镍含量（51.2 at%）的镍钛合金，通过成分优化将奥氏体相变结束温度降至零下20.8摄氏度，使合金在极低温环境下仍保持优异超弹性；其次开发出凝固点低至零下55摄氏度的氯化钙水溶液作为传热介质，有效解决低温结冰问题；最后创新设计级联式管状结构，通过八个镍钛合金单元的精密排列，将传热面积与体积比提升至8.68毫米⁻¹。
实验数据显示，在1赫兹运行频率下，该桌面型装置成功实现24摄氏度至零下12摄氏度的36摄氏度温差跨越，创下弹卡制冷领域零下温度新纪录。集成后的0.25立方米装置在20-25摄氏度环境温度下，60分钟内将隔热腔室温度稳定降至零下4摄氏度，并能在两小时内完全冻结20毫升蒸馏水。性能测试表明，其单位质量制冷功率达每克1.43瓦，系统能效比最高达3.4，达到国际领先水平。
这项突破具有显著的环境效益。据研究估算，全球冷冻行业每年产生约3.3亿吨二氧化碳当量的温室气体排放，占氢氟烃类制冷剂总排放量的27%。新型零排放技术若能广泛应用，每年可减少相当规模的温室气体排放，相当于种植17亿棵成年树木的碳汇效果。特别在医药冷链、食品冷冻等低温应用领域，该技术将有效替代现有高污染制冷系统。
研究团队透露，目前正与多家行业领军企业开展合作，重点攻克材料规模化制备、系统集成优化等商业化关键技术。通过改进合金加工工艺和热力学设计，计划将制冷功率密度提升50%以上，同时降低30%的系统成本。潘乐陶气候变化与可持续发展研究中心主任指出，该成果验证了跨学科技术创新的巨大潜力，为应对气候变化提供了新的技术选项。
