一、【实验室简介】
基于形状记忆合金可逆马氏体相变的弹卡固态制冷是一种新型绿色低碳制冷技术，能彻底避免温室气体制冷剂的使用，并有着比传统蒸气压缩制冷更高的能效。孙庆平教授团队致力于解决弹卡制冷应用面临的科学和技术难题，包括形状记忆合金疲劳寿命不足、相变应力高和循环相变不稳定等问题，以及制冷结构传热速率和抗屈曲能力难以兼容的难题。团队研制了具有过亿次稳定循环相变以及21度大温降的钛镍铜钴合金，低相变应力镍铁镓钴合金，以及具有218瓦制冷功率和75度温跨的弹卡制冷样机。我们在Joule、Nature Nanotechnology、Acta Materialia以及JMPS等国际顶级期刊发表了多篇论文，并申请了多项发明专利。项目组不久将研制推出千瓦级和万瓦级制冷功率的弹卡样机，让弹卡制冷的商业化应用不再遥远。
二、【研发团队简介】
团队带头人：
孙庆平教授，现为港科大机械与航空航天工程学系教授、系主任、港科大集成微系统研究中心主任，是国务院“国家特聘专家”,曾主持国家级人才项目、国家杰青、国家海外杰青项目以及香港政府研究基金项目50余项，发表学术论文300余篇。获国家自然科学奖、教育部自然科学奖、国际科学数据索引(ISI-SCI)颁发的“华人经典引文奖”、欧盟科学院院士等荣誉。目前的研究领域为固体力学、材料科学、传热、绿色固态制冷材料、结构与工程技术。
三、【研究领域】
弹卡制冷是一种新型的固态制冷技术，与传统的蒸汽压缩制冷不同，它使用形状记忆合金、聚合物等作为制冷剂。其中形状记忆合金由于其良好的相变特性及疲劳寿命，受到大部分研究者的关注。以形状记忆合金为例，在受到外力（压缩、拉伸、扭转等）时，材料内部应力超过其相变临界应力，形状记忆合金会从奥氏体转变为马氏体并释放潜热。在去掉外力时，形状记忆合金会从马氏体变回奥氏体，从而吸收热量，实现制冷效果。目前关于弹卡制冷的研究主要分为材料及样机两个方面。在材料方面，主要目的是通过调控材料成分及其微结构，提高记忆合金制冷剂的潜热及疲劳寿命，并减少相变滞回。在样机研发方面，通过优化制冷剂结构和系统集成，增大样机的制冷功率、温度跨度及制冷效率。目前固态弹卡制冷由于高效、环保、可靠等优点，受到产业及学术界的高度关注，有望发展成为替代传统蒸汽压缩技术的新一代制冷技术。
四、【项目简介】
香港政府研究资助局（RGC）「策略专题研究」，项目题目：「香港建筑物减碳技术与方案：研发、评估与实施」，获批港币3437.7万元*拨款资助。旨在支持大学协助香港应对当前挑战及把握国家《十四五规划纲要》发展机遇相关的领域进行跨学科及协作研究，致力推动香港在2050年前实现碳中和。孙庆平教授为项目首席。团队采取基于系统的和以问题为导向的合作研究方式，期望实现两个目标：（一）根据其功效和可行性，物色和开发有前途的新技术，实现最大限度地节能减排；（二）将开发的创新技术与建筑行业的净零政策和法规相结合，为香港政府提供可行的实施路线图。项目团队由香港科技大学、香港理工大学及香港城市大学在环境、机械工程、材料科学和工程、城市规划及公共政策方面的高水平专家组成，并与香港环境保护署和香港绿色建筑议会等机构协同合作。项目将推动大湾区建筑业的硬体和软体的全面更新，促进香港建筑业的重塑，并最终确立香港在该领域的国际卓越中心的地位。
五、【重要科研成果】
（1）实现了NiTi材料超高压缩循环相变疲劳（大于1亿次）的技术路径，并在固态制冷NiTi管中实现1亿次相变循环。
（2） 已研制了高抗屈曲能力和高传热效率的螺旋多胞式管状结构，有效解决了NiTi管抗屈曲能力和传热效率不足的问题。
（3） 已研制了高疲劳寿命绿色环保固态制冷样机一台，达到了218 W的制冷功率，50.6度温跨。
（4） 已申报样机类发明专利6项（样机和结构类），材料类专利1项。
（5）研究论文在Nature Nanotechnology、Joule等本领域的国际顶刊上发表。
近五年代表性文章
[1] G. Zhou, Y. Zhu, S. Yao, Q. Sun, Giant temperature span and cooling power in elastocaloric regenerator, Joule. 7 (2023) 2003–2015
[2] Peng Hua, Minglu Xia, Yusuke Onuki, Qingping Sun. Nanocomposite NiTi shape memory alloy with high strength and fatigue resistance. Nature Nanotechnology, 2021, 16: 409–413.
[3] J. Zhang, Y. Zhu, S. Cheng, S. Yao, Q. Sun, Effect of inactive section on cooling performance of compressive elastocaloric refrigeration prototype, Appl. Energy. 351 (2023) 121839.
[4] Y. Zhu, G. Zhou, S. Cheng, Q. Sun, S. Yao, A numerical study of elastocaloric regenerators of tubular structures, Appl. Energy. 339 (2023) 120990.
[5] Hao Yin, Mingpeng Li, Qingping Sun. Thermomechanical coupling in cyclic phase transition of shape memory material under periodic stressing—experiment and modeling. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2021, 149: 104199.
近三年申请专利
[1]中国专利，孙庆平，李学师，程思远，周国安，张炯炯，朱宇翔。 基于弹卡材料缠绕弯曲的制冷驱动器，专利申请号：202111402483.4
[2]中国专利，孙庆平，李学师，程思远，周国安，张炯炯。板材受压弯曲式固态制冷器及其制冷方法，专利申请号：202110231470.9
[3]中国专利，孙庆平，程思远，李学师，周国安，张炯炯。旋转弯曲式制冷器及其制冷方法，专利申请号：202110167797.4
[4]中国专利，张炯炯，孙庆平，程思远，朱宇翔，李学师。基于凸轮驱动的压缩式弹卡制冷样机及其制冷方法，专利申请号：202110913517.X
[5]中国专利，周国安，张龄匀，张炯炯，孙庆平。多孔陶瓷制品、其制备方法以及固态制冷系统，专利申请号：202010800831.2
[6]中国专利，周国安，孙庆平，张炯炯，李宇泽。回热器及包括其的制冷系统，专利申请号：202010078360.9
[7]中国专利，华鹏,林宏阳,孙庆平。镍钛系合金、其制备方法以及应用，专利申请号：202310185305.3
六、【实验室预期效益】
1. 揭示材料循环压缩相变超高疲劳寿命的物理机理、并获取实现超高疲劳寿命的加载参数、管结构几何等。研究 NiTi 管材的宏观结构形式和材料微结构对制冷系数、疲劳寿命机理的影响。研究具有科学价值，并突破现有NiTi 材料拉伸疲劳寿命低的瓶颈，具有极大的应用价值和产业前景。
2. 研制超高疲劳寿命的制冷样机。鉴于目前美国和欧洲的固态制冷样机疲劳寿命非常有限，目前文献中只有万次的量级实验记录。目标在于研制具有亿次疲劳寿命的固态制冷样机，有望在该领域实现突破进展，并解决国家和社会对环境保护方面的巨大需求。
3. 通过深港创新圈项目 ，充分利用港科大、港科大深圳研究院的科研和地理优势 ，培养博士后和科研创新人才。
4. 取得创新协同效应、使深圳占据固态制冷行业的高点与在深圳的国际、国内制冷著名企业（日本大金、格力、美的等）合作、实现突破和引领。
