該工作報(bào)道的塑晶材料與當(dāng)前主流固態(tài)相變制冷材料的最大等溫熵變的對(duì)比

3月28日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表了由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所李昺研究員、張志東研究員、任衛(wèi)軍研究員等與日本、美國(guó)以及澳大利亞科研人員的合作研究成果：在塑晶材料中發(fā)現(xiàn)龐壓卡效應(yīng)，該材料可用作新型制冷材料，有望大幅度提高制冷效率。

聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明全球每年25-30%的電力被用于各種各樣的制冷應(yīng)用。而這些應(yīng)用絕大部分依賴傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷技術(shù)，普遍使用對(duì)環(huán)境和人體有害的制冷劑。因此，尋求綠色、環(huán)保、低能耗的替代制冷方案已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同努力的方向。特別是當(dāng)前我國(guó)高端制冷壓縮機(jī)技術(shù)仍然欠缺，探索新的制冷技術(shù)方案則有望從根源上解決該技術(shù)領(lǐng)域的“卡脖子”問(wèn)題。

固態(tài)相變制冷材料的性能主要由等溫熵變所描述。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，主流固態(tài)相變制冷材料的等溫熵變提高到了50Jkg-1K-1左右，且需要較大的外場(chǎng)，這成為該技術(shù)走向應(yīng)用的障礙。

中科院金屬所科研人員選擇了一種名為新戊二醇（NPG）的塑晶材料，他們運(yùn)用高壓熱測(cè)量技術(shù)、高壓中子散射技術(shù)、高壓同步輻射X射線衍射技術(shù)等，發(fā)現(xiàn)等溫熵變最可達(dá)389Jkg-1K-1，較傳統(tǒng)固態(tài)相變制冷材料高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究進(jìn)一步揭示了塑晶材料出現(xiàn)壓卡效應(yīng)的深層次物理機(jī)制——塑晶高度無(wú)序，即分子取向不規(guī)則，相對(duì)較小的壓力便能誘導(dǎo)這些結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生大幅度的熵變化。

李昺研究員表示，塑晶材料所需驅(qū)動(dòng)壓力小、成本低廉，將塑晶引入固態(tài)相變制冷材料研究領(lǐng)域，將豐富新一代制冷技術(shù)研究的材料體系，為發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)異的材料提供了可能。