《自然》:中科院发现庞压卡效应 提供高效制冷新路

中国新闻网·辽宁 2019年03月28日 12:41

  中新网辽宁新闻3月28日电 (沈殿成)3月28日,国际著名学术期刊《自然》(Nature)发表了由中国科学院金属研究所李昺研究员、张志东研究员、任卫军研究员等与日本、美国以及澳大利亚科研人员的合作研究成果:在塑晶材料中发现庞压卡效应,该材料可用作新型制冷材料,有望大幅度提高制冷效率。

  联合国统计数据表明全球每年25-30%的电力被用于各种各样的制冷应用。而这些应用绝大部分依赖传统的气体压缩制冷技术,普遍使用对环境和人体有害的制冷剂。因此,寻求绿色、环保、低能耗的替代制冷方案已经成为学术界和工业界共同努力的方向。特别是当前我国高端制冷压缩机技术仍然欠缺,探索新的制冷技术方案则有望从根源上解决该技术领域的“卡脖子”问题。

  固态相变制冷材料的性能主要由等温熵变所描述。经过数十年的发展,主流固态相变制冷材料的等温熵变提高到了50 J kg-1K-1左右,且需要较大的外场,这成为该技术走向应用的障碍。

  中科院金属所科研人员选择了一种名为新戊二醇(NPG)的塑晶材料,他们运用高压热测量技术、高压中子散射技术、高压同步辐射X射线衍射技术等,发现等温熵变最可达389 J kg-1K-1,较传统固态相变制冷材料高出了一个数量级。

    (图)该工作报道的塑晶材料与当前主流固态相变制冷材料的最大等温熵变的对比。其中,塑晶材料分别为:neopentylglycol (NPG)、pentaglycerin (PG)、pentaerythritol (PE)、2-Amino-2-methyl-1、3-propanediol (AMP)、tris (hydroxymethyl) aminomethane (TRIS)、2-Methyl-2-nitro-1-propanol (MNP)、 2-Nitro-2-methyl-1,3-propanediol (NMP)。

  研究进一步揭示了塑晶材料出现压卡效应的深层次物理机制——塑晶高度无序,即分子取向不规则,相对较小的压力便能诱导这些结构发生变化,产生大幅度的熵变化。

  李昺研究员表示,塑晶材料所需驱动压力小、成本低廉,将塑晶引入固态相变制冷材料研究领域,将丰富新一代制冷技术研究的材料体系,为发现和设计性能更加优异的材料提供了可能。