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我国科学家发现固态制冷新材料
发布时间2019/3/29
制冷对现代社会至关重要,联合国统计数据表明,全球每年25%—30%的电力被用于制冷。来自中国科学院金属研究所等单位的研究人员发现,塑晶(一类容易变形的无序固态晶体)具有庞压卡效应,即压力引起相变的冷却效应,它可用作研发高端制冷技术的新材料,可能降低制冷能耗。这为下一代固态制冷技术的发展提供了新思路。相关研究成果于3月28日发表在《自然》杂志上。

  目前的制冷系统大多采用气体压缩制冷技术,但这种技术所采用的材料会对环境产生不利影响。基于固态相变热效应的制冷技术作为一种最具希望的替代技术,近几十年受到广泛关注。这种技术采用的固态相变制冷材料会在遇到外部刺激时产生温度变化。“但是,已有的固态相变制冷材料存在不足:熵的变化小,仅为几十焦每千克开(J kg-1K-1),制冷能力差,限制了其应用。”论文第一兼通讯作者、中国科学院金属研究所研究员李昺说。

  研究人员发现多种塑晶都可以在极小压力的驱动下获得巨大熵变,其中一种材料名为新戊二醇,其产生的熵变高达389焦每千克开,制冷能力较以往的固态相变制冷材料大大提升。这种优异性质要归因于塑晶的独特分子结构:塑晶高度无序,即分子取向排列不规则。这种无序结构很容易被压缩,相对较小的压力便能诱导这些取向无序的分子产生规则排列,从而产生大幅度的熵变。

  李昺指出,该研究中所报道的塑晶具有原材料丰富、环境友好和能耗低等优点,在制冷领域具有广阔的应用前景。
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