制冷對(duì)現(xiàn)代社會(huì)至關(guān)重要,聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,每年25%—30%的電力被用于制冷。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院金屬研究所等單位的研究人員發(fā)現(xiàn),塑晶(一類容易變形的無(wú)序固態(tài)晶體)具有龐壓卡效應(yīng),即壓力引起相變的冷卻效應(yīng),它可用作研發(fā)制冷技術(shù)的新材料,可能降低制冷能耗。這為下一代固態(tài)制冷技術(shù)的發(fā)展提供了新思路。
目前的
制冷系統(tǒng)大多采用氣體壓縮制冷技術(shù),但這種技術(shù)所采用的材料會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響?;诠虘B(tài)相變熱效應(yīng)的制冷技術(shù)作為一種具希望的替代技術(shù),近幾十年受到廣泛關(guān)注。這種技術(shù)采用的固態(tài)相變制冷材料會(huì)在遇到外部刺激時(shí)產(chǎn)生溫度變化。“但是,已有的固態(tài)相變制冷材料存在不足:熵的變化小,僅為幾十焦每千克開(J kg-1K-1),制冷能力差,限制了其應(yīng)用。”中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員李昺說(shuō)。
研究人員發(fā)現(xiàn)多種塑晶都可以在極小壓力的驅(qū)動(dòng)下獲得巨大熵變,其中一種材料名為新戊二醇,其產(chǎn)生的熵變高達(dá)389焦每千克開,制冷能力較以往的固態(tài)相變制冷材料大大提升。這種優(yōu)異性質(zhì)要?dú)w因于塑晶的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu):塑晶高度無(wú)序,即分子取向排列不規(guī)則。這種無(wú)序結(jié)構(gòu)很容易被壓縮,相對(duì)較小的壓力便能誘導(dǎo)這些取向無(wú)序的分子產(chǎn)生規(guī)則排列,從而產(chǎn)生大幅度的熵變。
李昺指出,該研究中所報(bào)道的塑晶具有原材料豐富、環(huán)境友好和能耗低等優(yōu)點(diǎn),在制冷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。