由萨尔兰大学的斯特凡·塞莱克教授和保罗·莫茨基教授领导的研究团队目前正在开发用于车辆的原型系统。他们的目标是在五年内实现商业化。.
根据物理学原理，冷就是没有热。要冷却物体，就必须移除热量；要加热物体，就必须添加热量。这是一个相当简单的原理，而萨尔布吕肯的研究人员却以一种极具创新性的方式将其付诸实践。该团队利用了镍钛合金“形状记忆”（简称“镍钛诺”或“Ni-Ti”）的特殊性质。简而言之，通过反复拉伸超细镍钛诺线束或薄片，然后再让它们恢复原状，热量可以在一个地方被吸收，然后在另一个地方散发出去。基于这一基本原理，由萨尔兰大学和萨尔布吕肯机电一体化与自动化技术中心（ZeMA）的斯特凡·塞莱克和保罗·莫茨基领导的研究团队，一直在开展突破性的研究项目，开发其新型空调技术，这些项目已获得数百万欧元的资助。.
欧盟委员会已将弹热技术认定为最有前景的传统供暖和制冷系统替代方案之一。世界经济论坛将弹热技术列入其2024年“十大新兴技术”名单。与耗能巨大且可能因制冷剂和温室气体污染环境的传统制冷技术相比，萨尔布吕肯正在开发的这项技术更加节能，并且与驱动它的电力一样清洁。弹热系统无需使用对环境有害的制冷剂和化石燃料。斯特凡·塞莱克和保罗·莫茨基是弹热领域的先驱者之一，该领域有望在应对全球能源危机方面发挥重要作用。据德国联邦环境署统计，德国最终能源消耗（即终端用户消耗的总能源）中，用于供暖和制冷的能源消耗略高于德国最终能源消耗总量的一半。此外，国际能源署（IEA）报告称，目前仅空间制冷就占全球能源总需求的12%。萨尔兰大学创新生产智能材料系统教授、ZeMA首席科学官兼首席执行官保罗·莫茨基表示：“预测显示，到2050年，这一数字可能会增长两倍。”.
弹热技术正逐步迈入成熟阶段。研究人员渴望将研究成果转化为切实可行的工业和商业解决方案。为了促进知识转移，德国政府将在九年内投资超过1700万欧元用于DEPART!Saar项目，该项目旨在连接萨尔州的研究人员与科研机构和产业合作伙伴。.
在另一个刚刚启动的项目中，萨尔布吕肯团队正与大众汽车集团、弗莱堡弗劳恩霍夫物理测量技术研究所 (IPM) 以及波鸿的 Ingpuls GmbH 公司合作。该项目的目标是利用弹热技术开发一种轻量化、节能的电动汽车空调系统，以及一种用于冷却电动汽车动力电池的装置。“该项目已获得德国联邦经济和气候行动部 350 万欧元的资助，我们目前正在开发首批原型，”保罗·莫茨基解释道。.
在另一项新的研究项目中，该团队正在研发一种弹热式空调系统，该系统可通过外墙上的通风槽为住宅楼内的各个房间制冷和供暖。去年，保罗·莫茨基及其团队所在的欧洲联盟赢得了著名的欧洲创新理事会“探路者挑战赛”（EIC Pathfinder Challenge），奖金高达400万欧元。该奖项旨在表彰“具有远见卓识且颠覆性的创新技术，这些技术有望促进必要的社会转型、应对全球挑战并开拓新市场”。未来三年，SMACool公司将开发一套原型空调系统，其合作伙伴包括卢布尔雅那大学、那不勒斯费德里科二世大学以及爱尔兰公司exergyn。“弹热式系统兼具制冷和热泵的功能。与传统系统相比，我们的技术效率高出三到五倍，而且运行所需的电力也显著减少，”该项目首席科学家莫茨基教授说道。.
无论将该系统用于制冷还是制热，该设备都能实现约 20°C 的温差。“这适用于单级组件，”莫茨基解释道，“如果我们构建多级系统，就能实现更大的温差。”所有在萨尔布吕肯开发的弹热原型都基于镍钛合金独特的“形状记忆”特性。镍钛合金具有两种晶格，这意味着存在两种物理尺寸略有不同的晶相。“形状记忆合金”（SMA）一词用于描述该材料通过可逆相变恢复到先前状态（晶格结构）的能力。我们都知道水可以以三种物理状态或“相”存在：固态（冰）、液态（水）和气态（水蒸气）。但与水不同的是，镍钛合金的两种相均为固态。当一种相转变为另一种相时，SMA 线材或薄片会吸收热量；当这种相变再次发生时，材料会将热量散发到周围环境中。因此，在相变过程中流经镍钛合金的空气会冷却或加热，这种效应可用于例如建筑物内部空间的加热或冷却。“根据具体应用，我们使用形状记忆合金丝、薄片，甚至是具有复杂几何形状的3D打印部件，”莫茨基解释道。.
尽管其基本原理看似简单，但要利用这些材料制造出实用的冷却和加热系统，却需要巧妙的技术创新。萨尔布吕肯的专家们精心设计并制造出了可连续运行的原型机。他们构建的演示模型能够持续诱导金属薄片或金属丝发生相变，从而使热量能够传递给流经形状记忆合金（SMA）材料的介质，或从介质（例如空气、水或水-乙二醇混合物）传递热量。该团队正在研究的问题包括：如何以最佳方式对镍钛合金施加机械载荷以实现所需的冷却或加热效果；如何提高工艺效率；如何优化流体流动；以及哪种薄片形状或线束最适合特定应用。研究人员还开发了一款软件，可以针对不同的应用微调加热和冷却技术，并模拟和规划冷却系统。“我们希望在从家用电器到工业冷却系统等广泛的应用领域中，充分利用弹热效应的创新潜力，”保罗·莫茨基说道。萨尔布吕肯团队正与该领域的其他专家（如 Ingpuls GmbH）合作，研究整个产品生命周期，从原材料到组件制造和报废回收。.
萨尔布吕肯的这项技术是15年来耗资数百万欧元的项目和博士论文研究的成果，这些研究赢得了多项国际奖项。其成果包括世界上第一个连续空气-空气弹热效应示范模型和世界上第一个弹热迷你冰箱。.
这款弹热制冷机采用专利的特殊凸轮轨道，可使200微米厚的镍钛诺线束围绕圆形冷却室持续旋转。当线束绕圆形轨道旋转时，其一侧会被拉紧（即施加张力），另一侧则会恢复原状。空气流经旋转的线束进入冷却室，线束在冷却室中再次恢复原状（即发生弹性恢复），从而吸收空气中的热量。随着线束继续旋转，被加热的镍钛诺线将吸收的热量带出冷却室。一旦离开冷却室，它们便会将热量传递给周围环境。“在冷却室内，空气只与未受力（未张紧）的线束接触。利用这个原型机，我们可以将温度降至15摄氏度左右，”保罗·莫茨基说道。.
“我们技术的另一个重要方面是它的自感知能力。每个电阻值都对应于线束或薄片的特定形变状态。利用人工智能，我们的系统现在能够始终高效、准确地识别精确位置，即使在受到干扰的情况下也是如此，” 莫茨基教授解释道。
背景：
形状记忆技术。
萨尔兰大学和萨尔布吕肯机电一体化与自动化技术中心 (ZeMA) 的智能材料研究团队由 Stefan Seelecke 教授创立。近年来，在 Paul Motzki 教授的合作下，该领域的研究取得了显著进展。研究团队将形状记忆技术应用于广泛的领域，从机器人抓手到节能阀门和泵。众多本科生、研究生和博士生都在开展与该技术相关的研究。许多研究成果已在高影响力科学期刊上广泛发表，多篇文章获得了国际认可。该研究获得了欧盟和德国研究基金会 (DFG) 的大量资助。
Stefan Seelecke 教授和 Paul Motzki 教授近期创立了国际弹热学学会。该学会总部位于萨尔布吕肯，旨在汇聚这一新兴领域的研究人员，并与产业界和企业建立联系，以期推动弹热技术的未来商业化。第二届国际弹热学大会将于 2025 年 5 月 13 日至 15 日在萨尔布吕肯举行。此后，大会将每年轮流在不同的主办国举办。.
