当前主流的蒸汽压缩制冷技术制冷能耗占全球电力消耗的20%，且高度依赖具有高全球变暖潜能值的制冷剂，加剧了全球变暖。作为潜在的绿色替代方案，2012年提出基于形状记忆合金（SMA）相变的固态弹性制冷技术，目前已在空调原型机方面取得进展。然而，现有弹性制冷系统的冷源温度仍局限在零摄氏度以上，无法满足冷冻领域的应用需求。这一限制主要源于商用形状记忆合金制冷剂马氏体-奥氏体相变温度普遍较高，且其在低温下的熵变与超弹性表现不佳。相比之下，磁热制冷技术已凭借低至-243℃的相变温度实现了-138℃的冷源温度。因此，亟需开发具有低温大熵变和良好超弹性的形状记忆合金制冷剂，以实现零摄氏度以下的弹性制冷。
二、【创新成果】
基于此，香港科技大学周国安助理教授、姚舒怀教授、孙庆平教授等人联合在Nature上发表了题为“Sub-zero Celsius elastocaloric cooling via low-transition-temperature alloys”的论文，报道了采用级联结构，利用低转变温度管状镍钛合金单元，构建了一台基于压缩的蓄热式弹性制冷装置。所选镍钛合金在低至-20℃的温度下仍表现出超弹性及显著的熵变。此外，研究人员采用了低凝固点的氯化钙水溶液作为传热流体，确保了其在低温操作条件下的有效流动。开发的台式装置从室温热沉实现了-12℃的冷源温度，成功在2 h内将20 mL蒸馏水冻结成冰。本项目的开发为下一代绿色弹性冷冻技术开辟了道路。
三、【图文解析】
图1 亚零度弹性制冷装置示意图与性能对比 © 2026 Springer Nature
图2 镍钛合金与换热流体的力学、显微组织及化学特性 © 2026 Springer Nature
图3 再生式弹性制冷装置的组装与运行 © 2026 Springer Nature
图4 亚零度弹性制冷装置的实际应用 © 2026 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究选用Ni51.2Ti48.8（原子百分比）形状记忆合金作为固态制冷剂，并采用质量分数30%氯化钙水溶液作为换热流体，构建了一台基于压缩原理的再生式弹性制冷冻结装置。所选用的低相变温度镍钛合金在低至-20°C的温度下仍表现出良好的弹热效应与超弹性，而氯化钙水溶液则在低温运行期间展现出优异的润湿性能且未发生结冰现象。基于所选合金制冷剂在-18.5°C至30°C环境温度范围内所展现的48.5°C超弹性温度窗口，开发的装置在900兆帕外加应力和1赫兹工作频率下，实现了36°C的温升（冷端温度-12°C，热端温度24°C）。这项工作将弹性制冷技术向零摄氏度以下的冷冻领域推进了关键一步。
原文详情：Sub-zero Celsius elastocaloric cooling via low-transition-temperature alloys (Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-025-09946-4)
本文由赛恩斯供稿。
