De etenswaren in de zogenaamde twistfridges zouden kunnen worden gekoeld dankzij het ontrafelen van strak opgerolde draden, zo schrijven wetenschappers.
Koelkasten en airconditioners trekken voor hun verkoelende werking flink wat energie uit de muur. In een poging de efficiëntie van het energieverbruik te verbeteren en het gebruik van (schadelijke) koelvloeistoffen te omzeilen, kwamen onderzoekers met een bijzonder, nieuw idee op de proppen. Ze willen koelkasten koelen door strak opgerolde draden te laten ontrafelen. Twistocaloric cooling, noemen ze het.
Lees ook:
Rekken en strekken
De bijzondere koelmethode is gebaseerd op een principe dat elastocaloric cooling heet, zo schrijven de onderzoekers in vakblad Science. Hierbij neemt een rekbaar materiaal (elasto), zoals een rubberen elastiekje, als het uitgerekt wordt warmte op uit de omgeving. Andersom werkt het ook; als het zich weer ontspant, koelt het materiaal af.
Dit heeft te maken met de entropie van het elastiekje; de maat voor ‘wanorde’ binnenin. De vezels in het elastiek zijn willekeurig gerangschikt, maar als je hem uitrekt, worden de vezels in een netter, ordelijker patroon getrokken. Hierdoor neemt de orde van de vezels toe en de entropie af. Andersom neemt de entropie dus toe als een opgerekt elastiekje zich weer ontspant: daarbij komt warmte vrij.
Een voorbeeld van het temperatuurverschil bij het rekken (boven) en laten ontspannen (onder) van een elastiekje. © Wang et al., 2019/Science
Optimaal materiaal
Met het uitrekken en loslaten van een rubberen elastiek, krijg je een koelkast niet gekoeld en dus gaven de onderzoekers, vrij letterlijk, hun eigen draai aan dit fenomeen. Door de entropie in een reeks materialen door het te draaien (twisto) te manipuleren, hoopten ze iets te vinden waarbij dat temperatuurverschil dusdanig was, dat het voor praktische doeleinden gebruikt kon worden.
Het team testte verschillende soorten rubber, visdraden van nylon en polyetheen, en draden van nitinol; een legering van titanium en nikkel dat ook wel geheugenmetaal wordt genoemd. Onder het toeziend oog van een thermische camera rekten, draaiden en ontspanden de onderzoekers deze materialen.
Rekbaar metaal
Bij het ontrafelen van uitgerekt, strak gedraaid rubber daalde de temperatuur met 16,4 graden Celsius. Het visdraad koelde met slechts een paar graden af. Vooral veelbelovend bleek het nitinoldraad dat bij het uitrollen van een stukje van slechts 0,70 millimeter met 17 °C afkoelde. Dat effect steeg verder door een bundel draden tegelijkertijd te laten ontspannen. Vier ontrafelende nitinoldraden koelde zo met maar liefst 20,8 graden Celsius af.
Om naast de temperatuurdaling van de draden zelf ook het effect ervan op naburige materialen te achterhalen, doopten de onderzoekers een bundel van drie nitinoldraden in water. Dat koelde tot 7,7 graden Celsius af.
Een toffe techniek, maar wel één waar nog het een en ander aan te pas moet komen voor we het in de praktijk zullen zien, zo schrijven de onderzoekers. Maar wie weet, wellicht hebben we ooit allemaal wel onze eigen twistfridge in huis.
Bronnen: Science, The University of Texas at Dallas, New Atlas, Ars Technica
Beeld: Wang et al., 2019/Science, The University of Texas at Dallas
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!