革命性彈性合金問世！固態熱泵效率突破90%卡諾極限

香港科技大學工程學院研發團隊近期開發出一款名為Ti₇₈Nb₂₂的創新彈性合金，這項突破性材料在固態熱泵應用中展現驚人效能。當材料受到拉伸或壓縮時，其可逆溫度變化能力(ΔT)達到傳統金屬的20倍，為取代傳統蒸氣壓縮式冷暖技術提供極具潛力的環保替代方案。

這項發表於《自然通訊》期刊的研究論文，標題為「鐵彈性合金馬氏體相中巨大熱彈效應用於高效熱泵」。在全球能源消耗中，近半數用於供暖需求，包括建築區域供暖與工業製程加熱。目前主要仍依賴燃燒化石燃料，不僅產生大量溫室氣體，能源消耗也相當可觀。

雖然基於固態相變的熱泵是較環保的選擇，但其能源效率僅能達到卡諾極限的50-70%。如何實現更高效環保的熱泵技術，始終是全球科學介面臨的重大挑戰。

香港科大機械及航空航天工程學系的孫慶平教授(左)與研究助理教授李喬(右)共同展示了這項創新合金材料。研究團隊提出利用彈性變形產生熱能的熱彈效應(TeE)的全新熱泵技術路線。儘管該效應早在19世紀就被科學家發現，但長期被認為效能過低而難以實際應用。

團隊成功製備出[100]織構的Ti₇₈Nb₂₂馬氏體多晶材料，線上性彈性變形下可產生4-5K的可逆溫度變化，遠超傳統金屬約0.2K的表現。更令人振奮的是，這種合金在熱泵迴圈中可實現近90%的卡諾效率極限，效能足以媲美商用蒸氣壓縮熱泵的製冷劑。

研究還發現，某些鐵彈性合金可能發展出更高的熱膨脹係數，溫度變化甚至可達22K。這項工作不僅為綠色熱泵產業開創嶄新機會，更首次提出不依賴相變的高效環保供熱解決方案。

孫教授強調：「這項發現徹底改變了學界長期認為熱彈效應過於微弱而無實用價值的傳統認知。我們證明僅靠線性彈性變形就能實現高能效的熱泵應用。」

論文第一作者李喬博士補充：「隨著全球減碳行動加速，這項技術為取代化石燃料供暖提供了變革性解方。我們正著手開發工業用合金熱泵原型機。」

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