科研人員發(fā)現(xiàn)全溫區(qū)壓卡效應
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由于排放和能耗問題,傳統(tǒng)氣體壓縮制冷技術(shù)備受關注,學術(shù)界和工業(yè)界均在積極尋找解決方案。近年來,固態(tài)相變制冷技術(shù)經(jīng)歷了快速發(fā)展。該技術(shù)基于固體材料中外場誘導的各類相變,并依外場不同可分為磁卡效應、電卡效應、彈卡效應及壓卡效應。在相變溫度附近,外場可有效改變相變熱力學勢壘和能級。因此,固態(tài)相變制冷效應均出現(xiàn)在相變溫度附近較小的范圍。要實現(xiàn)較寬溫區(qū)的連續(xù)制冷,需將多個具有不同相變溫度的材料串聯(lián)形成多級制冷,如室溫磁卡制冷原型材料稀土釓和龐壓卡制冷原型材料新戊二醇,它們的制冷溫區(qū)分別在293K和315K附近約+/-10K的范圍。
近期,中國科學院金屬研究所研究員李昺和劉培濤團隊在無機塑晶材料KPF6中首次發(fā)現(xiàn)了全溫區(qū)壓卡效應,且單個材料可覆蓋室溫、液氮、液氫及液氦典型制冷溫區(qū),這是迄今為止唯一的全溫區(qū)固態(tài)相變制冷材料。
無機塑晶材料KPF6在室溫為面心立方相,PF6八面體呈現(xiàn)了各向同性的隨機旋轉(zhuǎn),即隨著溫度降低,分別在257K轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郔I,并在219K轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郔。已有研究表明,在室溫附近施加壓力產(chǎn)生高壓菱方相,從而導致龐壓卡效應,且調(diào)控材料顆粒尺寸可在低場下獲得較大的可逆壓卡熵變。在該研究中,研究人員利用自研的壓卡效應絕熱溫變測量裝置,直接測量了KPF6在室溫至液氮溫區(qū)絕熱溫度變化:250M Pa壓力下,室溫下為12K,77.5K下為2.5K。進一步,研究人員綜合運用實驗室原位高壓拉曼散射譜儀和日本J-PARC的高壓中子衍射譜儀,獲得了上百個溫度-壓力組合條件下的結(jié)構(gòu)信息,繪制了完整的高壓相圖,并通過第一性原理計算復現(xiàn)了高壓相變特征。
相關研究成果以All-temperature barocaloric effects at pressure-induced phase transitions為題,發(fā)表在《自然-通訊》(Nature?Communications)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院等的支持。

傳統(tǒng)壓卡效應與全溫區(qū)壓卡效應的比較
