近日，中國科學(xué)院金屬研究所研究員李昺團隊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(yīng)”。由此，KPF6成為全球首個全域制冷材料，為開發(fā)新一代高效、環(huán)保的全固態(tài)制冷技術(shù)打開了大門。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。
傳統(tǒng)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題。而固態(tài)相變制冷技術(shù)是一種前景廣闊的替代解決方案。
這項技術(shù)的核心是利用固體材料的特性，即當(dāng)外界施加磁場、電場或壓力等不同“場”時，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gòu)的技術(shù)主要包括磁卡效應(yīng)、電卡效應(yīng)、彈卡效應(yīng)、壓卡效應(yīng)等，但這些方法都有一個共同局限，即制冷效應(yīng)只發(fā)生在“相變溫度”附近一個很小的溫度范圍內(nèi)。為實現(xiàn)大范圍溫度變化，必須把多個不同相變溫度的材料組合起來，做成多級制冷裝置，這給科學(xué)家?guī)砗艽筇魬?zhàn)。
團隊在KPF6無機塑晶材料中，首次觀察到“全溫區(qū)壓卡效應(yīng)”。通過施加壓力，KPF6能在從室溫（約25℃）到液氮（-196℃）、液氫（-253℃）甚至液氦（-269℃）的極低溫區(qū)范圍內(nèi)實現(xiàn)制冷，這是迄今唯一的全溫區(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)，內(nèi)部的六氟磷酸分子團可以自由隨機旋轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度降低時，它會經(jīng)歷兩次內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌膯涡苯Y(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)受到壓力，均會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N菱方結(jié)構(gòu)。正是這些相變過程，產(chǎn)生了強大的吸熱或放熱效應(yīng)。
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