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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
全域制冷材料，打開全固態(tài)制冷技術新大門
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日前，中國科學院金屬研究所研究員李昺團隊在制冷材料領域取得重大突破，他們在一種名為六氟磷酸鉀（KPF6）的無機塑晶材料中，首次觀察到“全溫區(qū)壓卡效應”。KPF6由此成為全球發(fā)現(xiàn)的首個全域制冷材料，為開發(fā)新一代高效、環(huán)保的全固態(tài)制冷技術打開了全新大門。相關成果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，存在能耗高、可能排放有害氣體等問題。為此，全球的科學家和工程師都在努力尋找更優(yōu)的替代方案，固態(tài)相變制冷技術就是其中一種前景廣闊的解決方案。 這項技術的核心是利用固體材料的一種特性：當外界施加不同的“場”（如磁場、電場或壓力）時，材料的內(nèi)部結(jié)構（稱為“相”）會發(fā)生變化，這個過程會吸收或釋放熱量，從而實現(xiàn)制冷。 改變內(nèi)部結(jié)構的技術主要包括：磁卡效應（用磁場控制相變）、電卡效應（用電場控制相變）、彈卡效應（用機械應力控制相變）、壓卡效應（用壓力控制相變）。但這些方法都有一個共同的局限：它們的制冷效應只發(fā)生在其“相變溫度”附近一個很小的溫度范圍內(nèi)（通常只有正負10開爾文左右，即約正負10攝氏度）。 為了實現(xiàn)大范圍的溫度變化，必須把許多個不同相變溫度的材料像串糖葫蘆一樣組合起來，做成多級制冷裝置，這給科學家?guī)砗艽箅y題。 李昺團隊在KPF6的無機塑晶材料中，首次觀察到了“全溫區(qū)壓卡效應”。 通過施加壓力，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)實現(xiàn)制冷效應，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，其內(nèi)部的六氟磷酸分子團可以自由地隨機旋轉(zhuǎn)。當溫度降低時，它會經(jīng)歷兩次內(nèi)部結(jié)構變化（相變），轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌膯涡苯Y(jié)構。對這些結(jié)構施加壓力，均會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N菱方結(jié)構正是這些相變過程導致了強大的吸熱或放熱效應。 相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63068-z |
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