ભવિષ્યમાં, રેફ્રિજરેટર કૂલિંગને ફક્ત "ટ્વિસ્ટેડ" કરવાની જરૂર પડી શકે છે

વધુ કાર્યક્ષમ, ઉર્જા-બચત, લીલી અને પોર્ટેબલ કૂલિંગ પદ્ધતિ એ માનવ અવિરત સંશોધનની દિશા છે. તાજેતરમાં, સાયન્સ જર્નલમાં એક ઓનલાઈન લેખ ચીની અને અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકોની સંયુક્ત સંશોધન ટીમ દ્વારા શોધાયેલ નવી લવચીક રેફ્રિજરેશન વ્યૂહરચના વિશે અહેવાલ આપે છે - "ટોર્સનલ હીટ રેફ્રિજરેશન". સંશોધન ટીમે શોધી કાઢ્યું છે કે ફાઇબર્સની અંદરના ટ્વિસ્ટને બદલવાથી ઠંડક પ્રાપ્ત થઈ શકે છે. ઉચ્ચ રેફ્રિજરેશન કાર્યક્ષમતા, નાના કદ અને વિવિધ સામાન્ય સામગ્રીને લાગુ પડવાને કારણે, આ ટેક્નોલોજી પર આધારિત "ટ્વિસ્ટેડ હીટ રેફ્રિજરેટર" પણ આશાસ્પદ બન્યું છે.

આ સિદ્ધિ સ્ટેટ કી લેબોરેટરી ઓફ મેડિસિનલ કેમેસ્ટ્રી બાયોલોજી, સ્કૂલ ઓફ ફાર્મસી, અને નાનકાઈ યુનિવર્સિટીના શિક્ષણ મંત્રાલયની કાર્યાત્મક પોલિમરની કી લેબોરેટરી અને રે એચ. બૉગમેનની ટીમના પ્રોફેસર લિયુ ઝુનફેંગની ટીમના સહકારી સંશોધનથી પ્રાપ્ત થઈ છે. , ટેક્સાસ સ્ટેટ યુનિવર્સિટી, ડલ્લાસ બ્રાન્ચના પ્રોફેસર અને નાનકાઈ યુનિવર્સિટીના ડોસેન્ટ યાંગ શિક્સિયન.

માત્ર તાપમાન ઓછું કરો અને તેને ટ્વિસ્ટ કરો

ઇન્ટરનેશનલ રેફ્રિજરેશન રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટના ડેટા અનુસાર, વિશ્વમાં એર કંડિશનર્સ અને રેફ્રિજરેટર્સનો વીજળીનો વપરાશ હાલમાં વૈશ્વિક વીજળીના વપરાશમાં લગભગ 20% જેટલો છે. એર કમ્પ્રેશન રેફ્રિજરેશનના વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા સિદ્ધાંતમાં આજકાલ સામાન્ય રીતે કાર્નોટ કાર્યક્ષમતા 60% કરતા ઓછી છે, અને પરંપરાગત રેફ્રિજરેશન પ્રક્રિયાઓ દ્વારા છોડવામાં આવતા વાયુઓ ગ્લોબલ વોર્મિંગને વધારે છે. માનવીઓ દ્વારા રેફ્રિજરેશનની વધતી જતી માંગ સાથે, રેફ્રિજરેશન કાર્યક્ષમતામાં વધુ સુધારો કરવા, ખર્ચ ઘટાડવા અને રેફ્રિજરેશન સાધનોનું કદ ઘટાડવા માટે નવા રેફ્રિજરેશન સિદ્ધાંતો અને ઉકેલોની શોધ કરવી એ એક તાકીદનું કાર્ય બની ગયું છે.

જ્યારે ખેંચવામાં આવે ત્યારે કુદરતી રબર ગરમી ઉત્પન્ન કરશે, પરંતુ પીછેહઠ પછી તાપમાન ઘટશે. આ ઘટનાને "સ્થિતિસ્થાપક થર્મલ રેફ્રિજરેશન" કહેવામાં આવે છે, જેની શોધ 19મી સદીની શરૂઆતમાં થઈ હતી. જો કે, સારી ઠંડકની અસર પ્રાપ્ત કરવા માટે, રબરને તેની પોતાની લંબાઈના 6-7 ગણા પહેલા ખેંચવાની જરૂર છે અને પછી તેને પાછું ખેંચવું જોઈએ. આનો અર્થ એ છે કે રેફ્રિજરેશનને મોટા વોલ્યુમની જરૂર છે. વધુમાં, "થર્મલ રેફ્રિજરેશન" ની વર્તમાન કાર્નોટ કાર્યક્ષમતા પ્રમાણમાં ઓછી છે, સામાન્ય રીતે માત્ર 32%.

"ટોર્સનલ કૂલિંગ" ટેક્નોલોજી દ્વારા, સંશોધકોએ તંતુમય રબર ઇલાસ્ટોમરને બે વાર (100% તાણ) ખેંચ્યું, પછી બંને છેડાને ઠીક કર્યા અને સુપરહેલિક્સ સ્ટ્રક્ચર બનાવવા માટે તેને એક છેડેથી ટ્વિસ્ટ કર્યા. ત્યારબાદ, ઝડપથી અનટ્વિસ્ટિંગ થયું, અને રબરના તંતુઓનું તાપમાન 15.5 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ઘટ્યું.

આ પરિણામ 'ઇલાસ્ટીક થર્મલ રેફ્રિજરેશન' ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ઠંડકની અસર કરતા વધારે છે: 7 ગણા લાંબા સમય સુધી ખેંચાયેલું રબર સંકોચાય છે અને 12.2 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ઠંડુ થાય છે. જો કે, જો રબરને ટ્વિસ્ટેડ અને લંબાવવામાં આવે, અને પછી એકસાથે છોડવામાં આવે, તો 'ટોર્સનલ થર્મલ રેફ્રિજરેશન' 16.4 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ઠંડુ થઈ શકે છે. લિયુ ઝુનફેંગે જણાવ્યું હતું કે સમાન ઠંડકની અસર હેઠળ, 'ટોર્સિયલ થર્મલ રેફ્રિજરેશન'નું રબરનું પ્રમાણ 'ઇલાસ્ટીક થર્મલ રેફ્રિજરેશન' રબરના માત્ર બે તૃતીયાંશ જેટલું છે અને તેની કાર્નોટ કાર્યક્ષમતા 67% સુધી પહોંચી શકે છે, જે હવાના સિદ્ધાંત કરતાં ઘણી ચડિયાતી છે. કમ્પ્રેશન રેફ્રિજરેશન.

ફિશિંગ લાઇન અને ટેક્સટાઇલ લાઇન પણ ઠંડી કરી શકાય છે

સંશોધકોએ રજૂઆત કરી છે કે "ટોર્સનલ હીટ રેફ્રિજરેશન" સામગ્રી તરીકે રબરમાં હજુ પણ સુધારા માટે ઘણો અવકાશ છે. ઉદાહરણ તરીકે, રબરની રચના નરમ હોય છે અને નોંધપાત્ર ઠંડક પ્રાપ્ત કરવા માટે તેને ઘણા ટ્વિસ્ટની જરૂર પડે છે. તેની હીટ ટ્રાન્સફર ઝડપ ધીમી છે, અને સામગ્રીનો વારંવાર ઉપયોગ અને ટકાઉપણું જેવા મુદ્દાઓ ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. તેથી, અન્ય "ટોર્સનલ રેફ્રિજરેશન" સામગ્રીનું અન્વેષણ કરવું એ સંશોધન ટીમ માટે એક મહત્વપૂર્ણ સફળતાની દિશા બની ગઈ છે.

રસપ્રદ વાત એ છે કે, અમને જાણવા મળ્યું છે કે 'ટોર્સનલ હીટ કૂલિંગ' સ્કીમ ફિશિંગ અને ટેક્સટાઇલ લાઇન પર પણ લાગુ પડે છે. પહેલાં, લોકોને ખ્યાલ ન હતો કે આ સામાન્ય સામગ્રીનો ઉપયોગ ઠંડક માટે થઈ શકે છે, “લિયુ ઝુનફેંગે જણાવ્યું હતું.

સંશોધકોએ સૌપ્રથમ આ કઠોર પોલિમર તંતુઓને ટ્વિસ્ટ કર્યા અને હેલિકલ માળખું બનાવ્યું. હેલિક્સને ખેંચવાથી તાપમાનમાં વધારો થઈ શકે છે, પરંતુ હેલિક્સને પાછો ખેંચ્યા પછી, તાપમાન ઘટે છે.

પ્રયોગમાં જાણવા મળ્યું છે કે "ટોર્સનલ હીટ કૂલિંગ" ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરીને, પોલિઇથિલિન બ્રેઇડેડ વાયર 5.1 ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાનમાં ઘટાડો પેદા કરી શકે છે, જ્યારે સામગ્રી સીધી ખેંચાય છે અને છોડવામાં આવે છે અને તાપમાનમાં લગભગ કોઈ ફેરફાર જોવા મળતો નથી. આ પ્રકારના પોલિઇથિલિન ફાઇબરના 'ટોર્સનલ હીટ કૂલિંગ'નો સિદ્ધાંત એ છે કે સ્ટ્રેચિંગ સંકોચન પ્રક્રિયા દરમિયાન, હેલિક્સના આંતરિક વળાંકમાં ઘટાડો થાય છે, જે ઊર્જામાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે. લિયુ ઝુનફેંગે જણાવ્યું હતું કે આ પ્રમાણમાં સખત સામગ્રી રબરના તંતુઓ કરતાં વધુ ટકાઉ હોય છે, અને જ્યારે ખૂબ ટૂંકા ખેંચાય ત્યારે પણ ઠંડકનો દર રબર કરતાં વધી જાય છે.

સંશોધકોએ એ પણ શોધી કાઢ્યું હતું કે નિકલ ટાઇટેનિયમ આકારના મેમરી એલોયમાં "ટોર્સનલ હીટ કૂલિંગ" ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ ઉચ્ચ શક્તિ અને ઝડપી હીટ ટ્રાન્સફરના પરિણામો સાથે સારી ઠંડક કામગીરીમાં પરિણમે છે, અને વધુ ઠંડક અસર પ્રાપ્ત કરવા માટે માત્ર નીચા વળાંકની જરૂર છે.

ઉદાહરણ તરીકે, ચાર નિકલ ટાઇટેનિયમ એલોય વાયરને એકસાથે ટ્વિસ્ટ કરીને, અનટ્વિસ્ટિંગ પછી મહત્તમ તાપમાનનો ઘટાડો 20.8 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પહોંચી શકે છે, અને એકંદર સરેરાશ તાપમાનનો ઘટાડો પણ 18.2 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પહોંચી શકે છે. આ 'થર્મલ રેફ્રિજરેશન' ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરેલ 17.0 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ઠંડક કરતાં થોડું વધારે છે. એક રેફ્રિજરેશન સાયકલ માત્ર 30 સેકન્ડ લે છે, “લિયુ ઝુનફેંગે કહ્યું.

ભવિષ્યમાં રેફ્રિજરેટરમાં નવી ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરી શકાશે

"ટોર્સનલ હીટ રેફ્રિજરેશન" ટેક્નોલોજીના આધારે, સંશોધકોએ રેફ્રિજરેટર મોડલ બનાવ્યું છે જે વહેતા પાણીને ઠંડુ કરી શકે છે. તેઓએ ઠંડક સામગ્રી તરીકે ત્રણ નિકલ ટાઇટેનિયમ એલોય વાયરનો ઉપયોગ કર્યો, 7.7 ડિગ્રી સેલ્સિયસની ઠંડક હાંસલ કરવા માટે સેન્ટીમીટર દીઠ 0.87 રિવોલ્યુશન ફેરવીને.

'ટ્વિસ્ટેડ હીટ રેફ્રિજરેટર્સ'ના વ્યાપારીકરણ પહેલાં આ શોધને હજુ ઘણી લાંબી મજલ કાપવાની છે, જેમાં તકો અને પડકારો બંને છે, “રે બોમને કહ્યું. લિયુ ઝુનફેંગ માને છે કે આ અભ્યાસમાં શોધાયેલ નવી રેફ્રિજરેશન ટેક્નોલોજીએ રેફ્રિજરેશન ક્ષેત્રમાં એક નવા ક્ષેત્રનો વિસ્તાર કર્યો છે. તે રેફ્રિજરેશન ક્ષેત્રમાં ઉર્જાનો વપરાશ ઘટાડવાનો નવો માર્ગ પ્રદાન કરશે.

"ટોર્સિયલ હીટ રેફ્રિજરેશન" માં બીજી એક ખાસ ઘટના એ છે કે ફાઇબરના વિવિધ ભાગો અલગ અલગ તાપમાન દર્શાવે છે, જે ફાઇબરની લંબાઈની દિશામાં ફાઇબરને વળીને ઉત્પન્ન થતા હેલિક્સના સામયિક વિતરણને કારણે થાય છે. સંશોધકોએ નિકલ ટાઇટેનિયમ એલોય વાયરની સપાટીને થર્મોક્રોમિઝમ કોટિંગ સાથે કોટ કરી હતી જેથી "ટોર્સનલ કૂલિંગ" રંગ બદલાતા ફાઇબર બનાવવામાં આવે. વળી જવાની અને અનટ્વિસ્ટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ફાઇબર ઉલટાવી શકાય તેવા રંગ ફેરફારોમાંથી પસાર થાય છે. તેનો ઉપયોગ ફાઈબર ટ્વિસ્ટના રિમોટ ઓપ્ટિકલ માપન માટે નવા પ્રકારના સેન્સિંગ તત્વ તરીકે થઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નરી આંખે રંગના ફેરફારોનું અવલોકન કરીને, વ્યક્તિ જાણી શકે છે કે સામગ્રીએ અંતરમાં કેટલી ક્રાંતિ કરી છે, જે ખૂબ જ સરળ સેન્સર છે. "લિયુ ઝુનફેંગે જણાવ્યું હતું કે" ટોર્સનલ હીટ કૂલિંગ "ના સિદ્ધાંતના આધારે, કેટલાક ફાઇબરનો ઉપયોગ બુદ્ધિશાળી રંગ બદલતા કાપડ માટે પણ થઈ શકે છે.