作者:王敏 来源:中国科学报 发布时间:2022/2/5 20:17:53
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科学家提出“绿色制冷”新思路

中科院合肥研究院固体所团队突破“固态-固态”相变制冷材料研究的传统思维,提出“通过静水压驱动液-固相变实现制冷效应”(液态-固态)创新思想,在正构烷烃体系中获得室温庞压卡效应,为发展绿色环保的新型制冷技术开辟新思路。相关成果日前发表于《自然-通讯》。

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正构烷烃中的庞压卡效应 中科院合肥研究院固体所供图

态相变制冷材料在磁场、电场等外场驱动下迅速发生热响应,即固态相变热效应。该效应从周边环境中吸热和放热,利用吸热过程产生制冷效果。这类材料对环境影响极小,但制冷性能难以与传统气体制冷剂相匹敌,这阻碍其实际应用。

固态、液态是两种常见的物质形态,两态之间的分子、原子有序度存在巨大差异,液-固相变时伴随着极其巨大的熵变,远高于固态相变时发生的熵变。同时,由于液态、固态的密度差异较大,相变时体积也会发生显著变化,使得相变温度对压力敏感,因此可以通过施加压力进行驱动,从而发生巨大热响应即压卡效应。

受液态-固态相变特征的启发,研究团队首次提出利用压力驱动液-固相变实现庞压卡效应思路,在正构烷烃中发现低压力驱动的庞压卡效应。

研究还发现,不管是固态还是液态,施加压力时正构烷烃内部均可形成静水压,避免使用时传压介质的添加,因此可提高冷量密度,便于制冷设备的小型化;此外,正构烷烃成本低廉,物理化学性能稳定,工作温窗可调,相变过程可逆且不产生有害排放。总之,正构烷烃类材料在相变制冷领域具有广阔应用前景。

此次研究为研发基于压卡效应的新型绿色制冷技术提供新思路并奠定材料基础,也为探索性能更加优异的新型庞压卡材料指明方向。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-022-28229-4

 
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