冰箱家家有，打开你的冰箱冷冻冷藏室，里面通常都会被塞得满满的。
剩菜、剩饭、各种蔬菜、瓜果、牛奶、鸡蛋、熟肉、饮料、巧克力、番茄酱、罐头、茶叶，甚至还有化妆品、美容品，保健品和药材。
但你是否想过，未来的冰箱使用的将不再是制冷剂，而是一根根被扭曲的线绳！
在发表于《科学》杂志的最新研究中，南开大学和美国得克萨斯州立大学的合作研究团队验证了“扭热效应”的制冷潜力。
No.1 拉伸橡皮筋就可以制热制冷？
还记得中学物理中冰箱制冷的原理吗？冰箱的制冷过程是一个卡诺循环，而其中的关键就是制冷剂：
低温的液态制冷剂在蒸发器中吸收冰箱中的热量并汽化；
蒸汽进入压缩机，被压缩成高压气体后排出；
高压气体进入冷凝器，凝结成高压液体；
液体流经膨胀阀时压力降低，进入蒸发器。
（以上4个步骤周而复始，实现了冰箱内部的制冷。）
但是，液态制冷剂的卡诺效率只有60%左右，因此制冷需要消耗大量能源：全球20%的电能，都用在了冰箱及空调制冷上。此外，目前的制冷工艺还释放了大量温室气体；一旦制冷液泄露，更会直接威胁到生态环境。
寻找更加高效、环保的制冷方式，已经成为众多研究团队探索的目标。
1805年，英国实验哲学家约翰·高夫首次观察到（准确地说，是感受到）弹热效应。高夫在幼年时因感染天花而失去了视觉，却拥有了更敏锐的感知能力。
他在拉伸橡皮筋时发现，如果在嘴唇跟前拉伸橡皮筋，嘴唇可以感受到空气的升温；而当橡皮筋弹回，嘴唇感受到的则是一丝凉意。
就这样，高夫发现了该过程中的热量变化。多年后，著名物理学家詹姆斯·焦耳进一步确认了弹热效应。
然而，通过橡胶或其他弹性材料制冷的卡诺效率只有32%，而且一根橡胶绳需要被拉长6~7倍，才能产生显著的热量变化，这显然不能令人满意。
No.2 “扭曲”比“拉伸”产生更大能量
怎样在弹热装置的基础上，打造更加实用的制冷装置？南开大学的刘遵峰团队想到了拉伸之外的另一种变化——扭曲。
刘遵峰教授表示，此前在进行人工肌肉等材料研究时，常常对材料施加扭曲力以及解除扭曲力，这一过程恰好伴随了热量的释放与吸收。
研究团队验证了这个想法，他们首先使用天然橡胶纤维进行测试：
固定住橡胶的两端后，在将橡胶拉伸1倍的同时，施加不同程度的扭曲力。
这时，橡胶纤维分别处于如下图所示的四种状态：
扭曲、部分螺旋、完全螺旋和超螺旋，四种状态的扭曲幅度依次增加。随后，研究者快速释放扭曲力，并观察该过程中的热量变化。
结果不出所料：扭曲程度越高，橡胶纤维被释放时的降温越明显。而且，扭热的降温效果远超单纯的弹热效应，如果仅仅拉伸橡胶，需要将橡胶纤维拉长7倍，才能达到相近的降温效果。
至此，研究证实了扭热效应在高效制冷中的潜力。不过，研究团队并未就此止步，由于橡胶传热较慢、使用寿命有限，研究者继续探索了其他材料在扭热制冷中的表现。
No.3 镍钛合金成功打造“扭热冰箱”！
在这个过程中，他们注意到一个意料之外的现象：相比质地柔软的橡胶材料，坚硬的高分子材料更加耐用！
在这些测试的基础上，研究团队希望找到一种兼具耐用性、导热性与硬度的材料。他们选择了此前弹热效应研究中常用的镍钛记忆合金（Ni52.6Ti47.4），一种理论卡诺效应达到84%的材料。
刘遵峰团队使用镍钛合金，打造了一个“扭热冰箱”的原型。这个小型冰箱模型中用了3根镍钛记忆合金丝。
装置将3根合金丝的两端固定后同时加捻，随后解捻，完成一个制冷循环。对装置出口处水温的监测显示，这个“扭热冰箱”让水温下降了7.7℃。
尽管扭热效应前景喜人，但目前仍有不少问题需要解决。研究团队也正在寻找抗疲劳、导热性更好的复合高分子材料，以提升制冷表现；装置的设计细节有待提升，他们也在尝试开发与实际更接近的冰箱模型。
天天拿橡皮筋拔高发际线的小科君，
这就把皮筋解下来试试！
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