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近日，中國科學(xué)院金屬研究所李昺研究員團(tuán)隊(duì)與合作者在研究中發(fā)現(xiàn)“溶解壓卡效應(yīng)”，為下一代綠色制冷技術(shù)開辟了全新路徑。相關(guān)研究成果于1月22日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

為應(yīng)對(duì)氣候變化與節(jié)能減排需求，研究人員近年來著力開發(fā)固態(tài)相變制冷材料，這類材料通過壓力或磁場(chǎng)變化實(shí)現(xiàn)吸放熱，避免了氣體工質(zhì)的排放問題。然而，固態(tài)材料固有的導(dǎo)熱慢、界面熱阻大等缺陷，嚴(yán)重制約了其在實(shí)際大功率場(chǎng)景中的應(yīng)用。

該研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，硫氰酸銨溶液在壓力變化下表現(xiàn)出驚人的熱效應(yīng)：加壓時(shí)鹽析出并放熱，卸壓后鹽迅速溶解并強(qiáng)力吸熱，室溫下溶液溫度可在20秒內(nèi)驟降近30攝氏度，在高溫環(huán)境下降溫幅度更高，遠(yuǎn)超已知固態(tài)相變制冷材料性能。這一現(xiàn)象被命名為“溶解壓卡效應(yīng)”。

科研人員介紹，“壓卡效應(yīng)”是指某些固體材料在外界壓力改變時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生相變，從而產(chǎn)生吸熱或放熱的現(xiàn)象。通過循環(huán)吸熱放熱就可以實(shí)現(xiàn)制冷效果。而“溶解壓卡效應(yīng)”是將壓卡效應(yīng)拓展至溶解熱的情形，利用溶液本身流動(dòng)性實(shí)現(xiàn)高效傳熱，同時(shí)通過溶解或析出過程提供巨大冷量，且水溶液不涉及碳排放，從而打破了長期以來困擾制冷材料領(lǐng)域的“低碳-大冷量-高換熱”不可能三角關(guān)系。

基于此效應(yīng)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一套高效的四步循環(huán)系統(tǒng)：加壓升溫、向環(huán)境散熱、卸壓降溫、輸送冷量，單次循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)每克溶液吸收67焦耳熱量，理論效率高達(dá)77%，展現(xiàn)出優(yōu)異的工程應(yīng)用潛力。

科研人員表示，這項(xiàng)研究提供了一種全新的制冷原理，未來有望在工業(yè)冷卻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心散熱、特種制冷設(shè)備等領(lǐng)域得到應(yīng)用。