科技日報記者 吳長鋒
記者從中科院合肥研究院獲悉，該院固體物理研究所研究團隊突破了“固態(tài)-固態(tài)”相變制冷材料研究的傳統(tǒng)思路，提出了“通過靜水壓驅(qū)動液-固相變實現(xiàn)制冷效應(yīng)”（液態(tài)-固態(tài)）這一創(chuàng)新思路，在正構(gòu)烷烴體系中獲得了室溫龐壓卡效應(yīng)，為發(fā)展綠色環(huán)保的新型制冷技術(shù)開辟了新的道路。研究成果日前發(fā)表在期刊《自然通訊》上。
現(xiàn)有制冷設(shè)備主要采用氣體壓縮循環(huán)技術(shù)，通過制冷劑達到制冷效果。第一代制冷劑氟利昂因破壞臭氧層已基本停用。第二代制冷劑以氫氟碳化物為主。但氫氟碳化物的全球變暖潛能值是二氧化碳的幾百至上萬倍，具有強烈的溫室效應(yīng)。未來30年氫氟碳化物等非二氧化碳強效溫室氣體的生產(chǎn)和消費量，將被強制消減80%以上。因此，發(fā)展綠色環(huán)保的新型制冷技術(shù)將是解決當(dāng)前氣候變化問題、實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要一環(huán)。
固態(tài)相變材料在磁場、電場、單軸壓和凈水壓等外場驅(qū)動下會迅速發(fā)生熱響應(yīng)，即固態(tài)相變熱效應(yīng)。由于這類材料對環(huán)境影響極小，因此固態(tài)相變熱效應(yīng)為研發(fā)新一代綠色制冷技術(shù)提供了可能。但現(xiàn)有固態(tài)相變制冷材料的制冷性能仍然難以與傳統(tǒng)氣體制冷劑匹敵。
研究中，科研人員首次提出了利用壓力驅(qū)動液-固相變實現(xiàn)龐壓卡效應(yīng)的創(chuàng)新思路，在正構(gòu)烷烴中發(fā)現(xiàn)了低壓力驅(qū)動的龐壓卡效應(yīng)。在低至50兆帕的壓力時便可驅(qū)動正構(gòu)烷烴產(chǎn)生較高的等溫熵變，是已知固態(tài)相變壓卡材料最高值的三倍以上，甚至超越了部分商用氣體制冷劑的對應(yīng)值，這也是壓力下驅(qū)動的絕熱溫變也達到現(xiàn)有壓卡材料的最高值。該類材料無需添加傳壓介質(zhì)，便于制冷設(shè)備的小型化，且成本低廉、相變過程可逆且不產(chǎn)生有害排放。
該研究成果為新型綠色制冷技術(shù)提供了新思路并奠定了材料基礎(chǔ)，也為探索性能更加優(yōu)異的新型龐壓卡材料指明了方向。
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