我國(guó)發(fā)現(xiàn)世界首個(gè)全溫區(qū)固態(tài)相變制冷材料

傳統(tǒng)的冰箱和空調(diào)使用的氣體壓縮制冷技術(shù)存在能耗高等問題。為此，全球的科學(xué)家和工程師都在努力尋找更優(yōu)的替代方案，固態(tài)相變制冷技術(shù) 就是其中一種前景廣闊的解決方案。

這項(xiàng)技術(shù)的核心是利用固體材料的一種特性：當(dāng)外界施加不同的“場(chǎng)”（如磁場(chǎng)、電場(chǎng)或壓力）時(shí)，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（稱為“相”）會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)過程會(huì)吸收或釋放熱量，從而實(shí)現(xiàn)制冷。現(xiàn)有的這些方法都有一個(gè)共同的局限：它們的制冷效應(yīng)只發(fā)生在其“相變溫度”附近一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi)（通常只有正負(fù)10開爾文左右，即約正負(fù)10攝氏度）。為了實(shí)現(xiàn)大范圍的溫度變化，必須把許多個(gè)不同相變溫度的材料像串糖葫蘆一樣組合起來，做成多級(jí)制冷裝置，這給科學(xué)家?guī)砗艽箅y題。

近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所科研團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)重要突破。他們?cè)谝环N名為六氟磷酸鉀（KPF6）的無機(jī)塑晶材料中，首次觀察到了“全溫區(qū)壓卡效應(yīng)” 。

通過施加壓力，KPF6能在從室溫（約25℃）到液氮（-196℃）、液氫（-253℃）甚至液氦（-269℃）的極低溫區(qū)實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)，這是迄今為止唯一的全溫區(qū)固態(tài)相變制冷材料 。

KPF6材料在室溫常壓下是一種面心立方結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的PF6分子團(tuán)可以自由地隨機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度降低或壓力增大時(shí)，它會(huì)經(jīng)歷兩次結(jié)構(gòu)變化（相變），轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌膯涡苯Y(jié)構(gòu)。正是這些相變過程導(dǎo)致了強(qiáng)大的吸熱或放熱效應(yīng)。

這項(xiàng)研究成果于北京時(shí)間8月20日發(fā)表在《自然-通訊》上，為開發(fā)新一代高效、環(huán)保的全固態(tài)制冷技術(shù)提供了重要的支撐。

△傳統(tǒng)壓卡效應(yīng)與全溫區(qū)壓卡效應(yīng)的比較。

（總臺(tái)央視記者 帥俊全 褚爾嘉）