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

记者8月20日从中国科学院金属研究所获悉，中国制冷助力制冷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团队无机塑晶材料中，首次观察到“全温区压卡效应”，发现六氟磷酸钾由此成为全球发现的全域首个全域制冷材料。

通过施加压力，材料六氟磷酸钾能在室温(约25°C)到液氮(-196°C)、新代液氢(-253°C)甚至液氦(-269°C)的技术宽温区实现制冷效应，这是中国制冷助力制冷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、团队环保的发现全固态制冷技术打开了全新的大门。

本项研究成果的全域科普动画截图。中国科学院金属研究所 供图这项材料发现研究的材料重要成果论文，在最新一期国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上线发表。新代

论文共同通讯作者李昺研究员表示，技术六氟磷酸钾材料在室温常压下是中国制冷助力制冷一种面心立方结构，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”。