為開發(fā)新一代全固態(tài)制冷技術(shù)打開大門

中化新網(wǎng)訊 長期以來，空調(diào)與冰箱依賴的氣體壓縮制冷技術(shù)，存在高能耗、可能排放有害氣體等問題。近日，中國科學(xué)院金屬研究所李昺團(tuán)隊取得重大突破，發(fā)現(xiàn)了迄今為止唯一的全溫區(qū)固態(tài)相變制冷材料——六氟磷酸鉀（KPF6）。這一研究成果已于8月20日在《自然·通訊》上正式發(fā)表。

該材料憑借特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可在極寬溫區(qū)內(nèi)發(fā)生壓力誘導(dǎo)相變，進(jìn)而產(chǎn)生制冷效應(yīng)，成功打破了傳統(tǒng)固態(tài)相變制冷材料只能在窄溫區(qū)生效的技術(shù)壁壘。這一突破意味著無需再通過“多材料組合”搭建復(fù)雜裝置，大幅簡化了制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了應(yīng)用成本，為開發(fā)新一代高效、環(huán)保的全固態(tài)制冷技術(shù)打開了大門。

作為備受關(guān)注的替代方案之一，固態(tài)相變制冷技術(shù)雖具備無排放、理論效率高于氣體壓縮制冷等優(yōu)勢，卻長期受限于一個關(guān)鍵技術(shù)瓶頸：傳統(tǒng)固態(tài)相變制冷材料僅能在室溫附近極窄的溫區(qū)內(nèi)發(fā)生壓力誘導(dǎo)相變，制冷效應(yīng)范圍有限。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要將多種不同相變溫度的材料組合成多級制冷裝置，才能實(shí)現(xiàn)大范圍的溫度變化，大幅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度與應(yīng)用成本。

李昺團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)的六氟磷酸鉀材料突破了這一技術(shù)瓶頸。在這種材料中他們首次觀察到了“全溫區(qū)壓卡效應(yīng)”。實(shí)驗(yàn)顯示，六氟磷酸鉀材料在室溫常壓下呈面心立方結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的六氟磷酸分子團(tuán)可自由隨機(jī)旋轉(zhuǎn)；隨著溫度降低，它會經(jīng)歷兩次內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌膯涡苯Y(jié)構(gòu)；而在壓力作用下，這些結(jié)構(gòu)又會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N菱方結(jié)構(gòu)。這一系列相變過程伴隨顯著的吸熱或放熱效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了極寬的制冷溫區(qū)覆蓋。

據(jù)介紹，這一發(fā)現(xiàn)從根本上改變了固態(tài)相變制冷依賴“多材料組合”的傳統(tǒng)研發(fā)思路，不僅為冰箱、空調(diào)等民用制冷設(shè)備的節(jié)能化、環(huán)?；壧峁┝诵碌募夹g(shù)路徑，更有望為航空航天、量子科技、超導(dǎo)技術(shù)等前沿領(lǐng)域的低溫需求提供全新解決方案。