中国发现全球首个全温区固态相变制冷材料

传统冰箱和空调使用的气体压缩制冷技术存在能耗高等问题,全球科学家和工程师正在寻找更优替代方案,固态相变制冷技术是其中一种前景广阔的解决方案。

中国科学院金属研究所宣布,其科研团队在一种名为六氟磷酸钾(KPF6)的无机塑晶材料中,首次观察到“全温区压卡效应”。

通过施加压力,KPF6 能在从室温(约 25℃)到液氮(-196℃)、液氢(-253℃)甚至液氦(-269℃)的极低温区实现制冷效应,这是迄今为止唯一的全温区固态相变制冷材料。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部及材料设计与计算研究部的科研人员在无机塑晶材料 KPF6 中首次发现了全温区压卡效应,单个材料可覆盖室温、液氮、液氢和液氦典型制冷温区。

KPF6 在室温为面心立方相,PF6 八面体呈现各向同性的随机旋转;随着温度降低,分别在 257 K 转变为单斜相 II,随后在 219 K 转变为单斜相 I。

前期研究表明,在室温附近施加压力产生高压菱方相从而导致庞压卡效应,调控材料颗粒尺寸可在低场下获得较大的可逆压卡熵变。

在此次研究中,利用自研的压卡效应绝热温变测量装置,直接测量了 KPF6 在室温至液氮温区绝热温度变化:250 MPa 压力下,室温为 12 K,77.5 K 为 2.5 K。

综合运用实验室原位高压拉曼散射谱仪和日本 J-PARC 的高压中子衍射谱仪,获得了上百个温度-压力组合条件下的结构信息,绘制了完整的高压相图,第一性原理计算复现了高压相变特征。

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