从普通的冰箱和空调到工业流程中使用的复杂制冷系统，保持凉爽是现代生活的重要组成部分。全球变暖和世界人口的增长推动了对节能制冷系统日益增长的需求。然而，低温通常意味着高耗电量，这反过来又会导致大量的碳排放，并带来制冷剂排放的风险，而这些制冷剂通常具有很高的全球变暖潜能值。由萨尔兰大学和机电一体化与自动化技术中心 (ZeMA) 的 Stefan Seelecke 教授领导的学术界和工业界合作伙伴研究团队，目前正在开发一种环保型制冷系统。
我们的工艺节能高效，无需使用对气候有害的制冷剂。“事实上，我们的技术比基于传统制冷剂的系统效率高出 15 倍，”Stefan Seelecke 解释道。欧盟委员会和美国能源部都对这项新工艺进行了评估，并认为它是目前使用的蒸汽压缩制冷技术最有前景的替代方案。

塞勒克团队开发出了世界上首个利用这项新工艺连续运行的空气冷却原型机。该团队在今年汉诺威工业博览会上展示的制冷技术，采用了一种由超细形状记忆线束组成的人造肌肉纤维，这些线束由镍钛合金“镍钛诺”制成。这些线束具有特殊的性能，在拉伸或其他形变后能够恢复原状。因此，它们能够像人体肌肉一样收缩和放松。

这种现象的原因在于金属合金的结构。合金中的原子排列成晶格结构。如果镍钛合金丝发生形变或受到拉伸，晶格中的原子层会彼此相对移动，从而在材料中产生应力。当合金丝恢复到原始形状时，这种应力就会释放。材料晶体结构的这些变化被称为相变，它们会导致合金丝吸收或释放热量。Seelecke 和他的团队正是利用了这种效应，开发出了一种新型冷却系统。这种形状记忆材料在超弹性状态下受到机械载荷时会释放热量，而在卸载时则会吸收周围环境的热量。这种效应在镍钛诺合金中尤为显著。“当预张紧的镍钛诺纱线在室温下卸载时，它们的温度最多会下降 20 度，”萨尔兰大学智能材料系统系主任 Stefan Seelecke 解释道。 “

我们利用这种特性来散热，”苏珊娜-玛丽·基尔施解释道，她参与开发这套冷却系统是她博士研究项目的一部分。“基本原理是让超弹性形状记忆纱线放松，从而通过带走热量来降低空间温度，”基尔施解释说。形状记忆纱线吸收的热量会在纱线重新张紧后释放到外部环境中。

然而，萨尔布吕肯的冷却系统则要复杂得多。该团队设计并开发了一种冷却回路，其中一项正在申请专利的凸轮驱动装置旋转，交替拉伸和放松200微米厚的镍钛诺纱线束，以尽可能高效地传递热量。空气被吹入两个独立的腔室，分别穿过纱线束：一个腔室加热空气，另一个腔室冷却空气。这使得机器能够同时进行冷却和加热。“当导线受到机械载荷时，它们会升温约20度，因此该过程也可以用作热泵，”费利克斯·韦尔施解释道，他攻读博士学位期间也参与了原型系统的研发。根据所用合金的不同，这项新技术的加热或冷却能力最高可达加载和卸载合金导线束所需机械功率的30倍。这使得新系统比目前市面上的传统热泵和冰箱性能显著更优。

该冷却系统是多年来在不同项目、众多获奖博士论文以及与萨尔兰大学 Andreas Schütze 教授领导的研究团队密切合作的成果。德国研究基金会 (DFG) 通过其优先项目“铁基制冷”提供了部分资金支持。研究人员结合实验研究和数值模型，优化了其运行机制，并确定了每束镍钛合金丝中应包含多少根，以及达到特定冷却效果所需的丝材负载量。基于这些研究成果，研究团队现在可以对系统进行定制。他们开发了一套软件包，用于模拟、规划和调整特定应用的冷却系统。

萨尔布吕肯团队目前正在开展多个项目，旨在进一步优化传热过程，从而提高这项新技术的效率。其目标是实现相变过程中几乎所有能量都用于加热或冷却。塞莱克团队

的研究人员目前正在开发其弹热技术，用于电动汽车的冷却系统。自2022年1月以来，该团队一直与学术界和工业界的合作伙伴共同参与政府资助的NEKKA合作项目，该项目旨在开发一种新型弹性体冷却系统。该项目将获得总计600万欧元的资助，其中约100万欧元将分配给萨尔布吕肯团队用于其电动汽车冷却项目。我们的目标是开发、建立数学模型并验证一种可用于所有类型车辆的替代空调系统。该系统能够为车辆供暖和制冷，同时比目前其他系统更高效、更环保、更可持续。 “我们的技术也将更加紧凑、轻便且更具成本效益，”Seelecke团队的研究工程师兼总经理Paul Motzki解释道。
为了开发这项技术以及其他用于商业和工业应用的智能材料系统，智能材料系统实验室的研究人员成立了衍生公司“mateligent GmbH”。