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用水压驱动相变材料 制冷效应超部分商用制冷剂

来源:科技日报 2022-02-09 10:37:04
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科技日报记者2月6日从中国科学院合肥研究院获悉,该院固体物理研究所研究团队突破了“固态—固态”相变制冷材料研究的传统思路,提出了“通过静水压驱动液—固相变实现制冷效应”(液态—固态)这一创新思路,在正构烷烃体系中获得了室温庞压卡效应,为发展绿色环保的新型制冷技术开辟了新的道路。研究成果日前发表在期刊《自然·通讯》上。

现有制冷设备主要采用气体压缩循环技术,通过制冷剂达到制冷效果。第一代制冷剂氟利昂因破坏臭氧层已基本停用。第二代制冷剂以氢氟碳化物为主。但氢氟碳化物的全球变暖潜能值是二氧化碳的几百至上万倍,具有强烈的温室效应。未来30年氢氟碳化物等非二氧化碳强效温室气体的生产和消费量,将被强制消减80%以上。因此,发展绿色环保的新型制冷技术将是解决当前气候变化问题、实现“双碳”战略目标的重要一环。

固态相变材料在磁场、电场、单轴压和净水压等外场驱动下会迅速发生热响应,即固态相变热效应。由于这类材料对环境影响极小,因此固态相变热效应为研发新一代绿色制冷技术提供了可能。但现有固态相变制冷材料制冷性能仍然难以与传统气体制冷剂匹敌。

研究中,科研人员首次提出了利用压力驱动液—固相变实现庞压卡效应的创新思路,在正构烷烃中发现了低压力驱动的庞压卡效应。在低至50兆帕的压力时便可驱动正构烷烃产生较高的等温熵变,是已知固态相变压卡材料最高值的3倍以上,甚至超越了部分商用气体制冷剂的对应值。该类材料无需添加传压介质,便于制冷设备的小型化,且成本低廉、相变过程可逆且不产生有害排放。

该研究成果为新型绿色制冷技术提供了新思路并奠定了材料基础,也为探索性能更加优异的新型庞压卡材料指明了方向。(记者吴长锋)

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