中国团队发现首个全域制冷材料助力开发新一代制冷技术

2025-08-31 05:59:38 929次浏览

　　

　　中新网北京8月20日电 (记者孙自法)记者8月20日从中国科学院金属研究所获悉，该所李昺研究员团队最近在制冷材料领域取得一项重大突破——在一种名为六氟磷酸钾的无机塑晶材料中，首次观察到“全温区压卡效应”，六氟磷酸钾由此成为全球发现的首个全域制冷材料。

　　通过施加压力，六氟磷酸钾能在室温(约25°C)到液氮(-196°C)、液氢(-253°C)甚至液氦(-269°C)的宽温区实现制冷效应，这是迄今为止发现的唯一的全温区固态相变制冷材料，为开发新一代高效、环保的全固态制冷技术打开了全新的大门。

本项研究成果的科普动画截图。中国科学院金属研究所供图

　　这项材料发现研究的重要成果论文，在最新一期国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上线发表。

　　论文共同通讯作者李昺研究员表示，六氟磷酸钾材料在室温常压下是一种面心立方结构，其内部的六氟磷酸分子团可以自由地随机旋转。当温度降低时，它会经历两次内部结构变化(相变)，转变为不同的单斜结构。对这些结构施加压力，均会转变为另外一种菱方结构，正是这些相变过程导致了强大的吸热或放热效应。

　　研究团队介绍说，传统的冰箱和空调使用的气体压缩制冷技术存在能耗高、可能排放有害气体等问题。为此，全球的科学家和工程师都在努力寻找更优的替代方案，固态相变制冷技术就是其中一种前景广阔的解决方案。这项技术的核心是利用固体材料的一种特性：当外界施加不同的“场”(如磁场、电场或压力)时，材料的内部结构会发生变化，这个过程会吸收或释放热量，从而实现制冷。

　　固态相变制冷技术主要包括磁卡效应(用磁场控制相变)、电卡效应(用电场控制相变)、弹卡效应(用机械应力控制相变)、压卡效应(用压力控制相变)。不过，这些方法都有一个共同的局限，即它们的制冷效应只发生在其“相变温度”附近一个很小的温度范围内(通常只有约正负10°C)。

本项研究的传统压卡效应与全温区压卡效应的比较。中国科学院金属研究所供图

　　研究团队指出，为了实现大范围的温度变化，必须把许多个不同相变温度的材料像串糖葫芦一样组合起来，做成多级制冷装置，这给科学家带来很大难题。本项研究发现的全域制冷材料六氟磷酸钾，则可以说是找到了破解难题的“钥匙”。(完)

【编辑:付子豪】

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