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広い温度域で动作する次世代固体冷媒を开発-従来の理论スケーリングを超える弾性热量効果を発见-

【本学研究者情报】

〇学際科学フロンティア研究所 新領域創成研究部 助教 許勝

【発表のポイント】

  • チタン(Ti)基超弾性合金において、?171 ℃から+129 ℃までの300 ℃にわたる極めて広い温度範囲での弾性熱量効果(注1)を実証しました。
  • 室温において約?10 ℃の断熱温度変化と高い冷却効率を達成しました。
  • エアコンや冷蔵库に加え、宇宙分野においても、次世代の省エネルギー型?环境负荷低减型冷却技术への応用が期待されます。

【概要】

近年、エネルギー効率の向上と温室効果ガス排出削减に向け、固体材料を用いた次世代冷却技术が注目されています。中でも、力により生じる金属材料の状态変化(相変态)に伴う潜热を利用する弾性热量効果は、有望な冷却方式とされています。

东北大学学际科学フロンティア研究所の许胜助教らの研究グループは、罢颈-础濒-颁谤系超弾性合金(注2)において、?171 ℃から+129 ℃(温度幅300 ℃)という極めて広い温度域での冷却応答を実証しました。この温度範囲は、従来のクラウジウス―クラペイロン関係(注3)に基づく予测を大きく上回るものであり、相変态热力学の従来理解に新たな视点を与える成果です。さらに、単一材料で极低温から室温以上まで対応可能な高効率?低环境负荷型冷却技术の実现に道を开くものです。

本研究成果は、科学誌Nature Communicationsに2026年4月27日付で掲載されました。

図1. 本研究で使用したTi-Al-Cr超弾性合金(Y. Song, S. Xu et al. Nature 638, 965-971, 2025)

【用语解説】

注1. 弾性熱量効果
材料に力を加えて相変态を起こすことで温度が変化する现象。力を取り除くと温度が低下するなど、冷却への応用が可能となる。

注2. 超弾性
形状记忆合金において、大きな変形を加えても、力を除くと元の形状に戻る特性。ゴムのように见える挙动を金属で実现できる点が特徴。

注3. クラウジウス―クラペイロン関係
物质の相変态(固体から液体などの状态の変化)における温度と外力の関係を示す基本的な関係。材料の动作温度范囲を考える际の目安として用いられている。

【论文情报】

タイトル: Enhanced elastocaloric cooling beyond Clausius-Clapeyron limits
著者:Yuxin Song, Sheng Xu*, Toshihiro Omori, Takuro Kawasaki, Yoshihisa Ishikawa, Ryoji Kiyanagi, Ryosuke Kainuma
*责任着者:东北大学学际科学フロンティア研究所 助教 许胜
掲載誌:Nature Communications
顿翱滨:

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问い合わせ先

(研究に関すること)
東北大学 学際科学フロンティア研究所
助教 許 勝(きょ しょう)
TEL: 022-795-7323
Email: xu.sheng.a8*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

(报道に関すること)
東北大学 学際科学フロンティア研究所 企画部
波田野 悠夏
Email: fris-pr*grp.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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