广东高职院校教师在《自然》（Nature）正刊发文

近日，广东生态工程职业学院智能制造学院教师张龄匀与香港科技大学合作，以第二作者身份在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）正刊发表论文《通过多胞结构实现千瓦级弹热制冷》（Achieving kilowatt-scale elastocaloric cooling by a multi-cell architecture）。该研究突破弹热制冷装置制冷量的千瓦级门槛，推动了绿色制冷技术的工程化应用。

千瓦级弹热制冷装置的应用（版权：自然出版社）。

千瓦级制冷，零温室气体排放

“随着全球气候变暖，空调制冷需求持续攀升，当前制冷用电占全球总电力消耗的20%。”张龄匀介绍，传统的蒸气压缩制冷技术所用的制冷剂如R410a属于典型的温室气体，其排放将加剧全球变暖。

弹热制冷以固态材料（镍钛合金）和环保流体（水基纳米流体）为工质，凭借零直接碳排放成为其环保替代方案之一。“若将现有约1.5千瓦制冷量的家用空调全部替换为弹热技术，每年在全球范围内可以减少超过12亿吨二氧化碳当量。”张龄匀说。

此前的弹热制冷装置最大制冷功率仅有约260瓦，远未达到商用空调所需的千瓦级要求，而此项研究中的弹热制冷装置实现了1284瓦制冷量。

千瓦级弹卡制冷装置示意图（版权：自然出版社）。

用生活案例来说明，在实现零温室气体排放的前提下，这款制冷装置仅需15分钟，便能在31℃高温的室外环境下，将室内温度稳定在21℃至22℃的区间。

选用新介质导热，性能提升50%

在研究过程中，张龄匀主导了该装置传热介质石墨烯纳米流体的研发。

她介绍，其团队用石墨烯纳米流体代替传统的蒸馏水，仅2克/升浓度的石墨烯纳米流体，便可将导热性能提升50%。同时，其纳米颗粒直径只有0.8微米，远小于流体通道的150-500微米宽度，确保了纳米颗粒不被堵塞。

实验中纳米流体稳定性与黏度平衡是最大的技术挑战——浓度过高会增大泵耗。同时，在设备长期运行期间，需保证石墨烯颗粒均匀分散和纳米流体的长期稳定。为此张龄匀测试了不同类型的分散剂，最终选用十二烷基苯磺酸钠。

此项研究历时五年半，张龄匀透露，合作契机源于其香港科技大学硕士阶段的科研积累，“毕业后我与母校在相关研究领域持续保持联系与合作，我也将高职教师的科研与工作经验注入到这项研究中”。

张龄匀在智能制造学院智慧制冷空调实训基地。

在她看来，智能制造学院及制冷与空调技术教研室的热力学实验室帮助其完成了纳米流体导热率与润湿性测试，为研究提供了坚实的后盾，而学校与海尔、珠海格力等企业的合作基础也让其研究更加贴近产业需求与应用场景。

“张龄匀老师的案例证明了职业院校的工程化平台在实现技术落地方面具有独特优势，我们也将利用这一突破性成果反哺教学。”广东生态工程职业学院智能制造学院副院长李小明说，目前，学院正着手将弹热制冷技术引入《绿色制冷技术》课程中，作为典型案例，利用仿真模拟或直接数值模拟让学生直观看到材料的相变吸热过程。

论文信息：Nature(2025), DOI:
10.1038/s41586-024-08549-9

合作单位：香港科技大学机械与航空航天工程学院、哈尔滨工业大学（深圳）理学院。合作导师：姚舒怀教授、孙庆平教授。

采写：南方+记者 谢望海

通讯员 刘奕帆

图片来源于受访者

【作者】 谢望海

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