近日，香港科技大学工学院的研究人员取得重要科研成果，成功研发出一种名为Ti₇₈Nb₂₂的新型弹性合金。该合金固态热泵效率显著提升，在拉伸或压缩时，其可逆温度变化(ΔT)能力比传统金属高20倍，为传统蒸汽压缩加热和冷却技术提供了颇具前景的绿色替代方案。相关研究成果已发表在《自然通讯》杂志上，论文题为“铁弹性合金马氏体相中的大热弹效应用于高效热泵”。

目前，世界上近一半的能源用于供暖，涵盖建筑领域的区域供热以及各个工业部门的工艺加热。当下，全球热能需求主要依赖化石燃料燃烧来满足，然而化石燃料燃烧不仅会产生大量温室气体，还会消耗大量能源。使用基于固态相变的热泵是一种更为环保的方法，但其能源效率仅为卡诺极限的50%至70%，实现更高效、更环保的热泵仍是全球性挑战。

为应对这一挑战，香港科大机械与航空航天工程系(MAE)研究团队的孙庆平教授提出了一种新颖的热泵方法，即利用弹性变形产生的热量——热弹效应(TeE)。尽管TeE早在19世纪就被科学家开尔文、焦耳和杜哈默尔发现，但长期以来人们一直认为其效果太弱，不适合实际应用。

孙教授团队随后制备了一种[100]织构的Ti₇₈Nb₂₂马氏体多晶体。当该多晶体受到线性弹性变形进行热泵时，其可逆温度变化(ΔT)可达4 - 5K，是传统金属的20倍，而传统金属的温度变化通常仅为0.2K左右。

值得一提的是，这种合金在热泵循环中达到了卡诺效率极限的约90%，使其与商用蒸汽压缩热泵中使用的制冷剂相比具有很强的竞争力。此外，该团队的研究还表明，某些铁弹合金可以具有更高的热膨胀性，实现高达22K的温度变化。这项工作为绿色热泵行业带来了新的希望，并提出了首个基于非相变的环保、高效供热解决方案。

孙庆平教授表示：“这一发现改变了长期以来人们认为热弹效应太弱而无用的固有观念。我们的研究表明，仅靠线性弹性变形就可以实现高能效的热泵。”

该研究的第一作者、同系研究助理教授李乔博士补充道：“随着全球脱碳努力的不断加强，这项技术为取代化石燃料供暖提供了变革性的解决方案。我们目前正在开发使用该合金的工业应用原型热泵。”

更多信息：Qiao Li等，《铁弹合金马氏体相中的大热弹效应用于高效热泵》，《自然通讯》 (2025)。