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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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[交流]
全域制冷材料，打開(kāi)全固態(tài)制冷技術(shù)新大門(mén)
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日前，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員李昺團(tuán)隊(duì)在制冷材料領(lǐng)域取得重大突破，他們?cè)谝环N名為六氟磷酸鉀（KPF6）的無(wú)機(jī)塑晶材料中，首次觀察到“全溫區(qū)壓卡效應(yīng)”。KPF6由此成為全球發(fā)現(xiàn)的首個(gè)全域制冷材料，為開(kāi)發(fā)新一代高效、環(huán)保的全固態(tài)制冷技術(shù)打開(kāi)了全新大門(mén)。相關(guān)成果8月20日發(fā)表于《自然-通訊》。 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、可能排放有害氣體等問(wèn)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(guò)程會(huì)吸收或釋放熱量，從而實(shí)現(xiàn)制冷。 改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)主要包括：磁卡效應(yīng)（用磁場(chǎng)控制相變）、電卡效應(yīng)（用電場(chǎng)控制相變）、彈卡效應(yīng)（用機(jī)械應(yīng)力控制相變）、壓卡效應(yīng)（用壓力控制相變）。但這些方法都有一個(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(kāi)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(lái)，做成多級(jí)制冷裝置，這給科學(xué)家?guī)?lái)很大難題。 李昺團(tuán)隊(duì)在KPF6的無(wú)機(jī)塑晶材料中，首次觀察到了“全溫區(qū)壓卡效應(yīng)”。 通過(guò)施加壓力，KPF6能在從室溫（約25°C）到液氮（-196°C）、液氫（-253°C）甚至液氦（-269°C）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。 研究人員介紹，KPF6在室溫常壓下是一種面心立方結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的六氟磷酸分子團(tuán)可以自由地隨機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度降低時(shí)，它會(huì)經(jīng)歷兩次內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化（相變），轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌膯涡苯Y(jié)構(gòu)。對(duì)這些結(jié)構(gòu)施加壓力，均會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N菱方結(jié)構(gòu)正是這些相變過(guò)程導(dǎo)致了強(qiáng)大的吸熱或放熱效應(yīng)。 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63068-z |
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