制冷技术与人类生活息息相关,从日常家电到工业应用,需求量巨大。
然而,传统制冷剂在使用过程中产生的温室气体排放已成为全球环保的重要课题。
面对气候变化压力和节能减排要求,开发新型绿色制冷技术成为国际科研领域的重要课题。
近年来,固态相变制冷材料因其无气体工质排放、环保高效等优势,受到广泛关注。
这类材料通过外部压力或磁场变化引发内部结构相变,进而吸收或释放热量,理论上可完全规避传统制冷剂对环境的危害。
然而,固态材料本身存在的导热性能差、界面热阻大等固有缺陷,严重影响了其在高功率应用场景中的实际效能,成为制约产业化的关键瓶颈。
中国科学院金属研究所李昺研究员团队在深入研究中发现了一种突破性现象。
他们以硫氰酸铵水溶液为研究对象,观察到其在压力变化下表现出显著的热效应特性。
当外部施加压力时,溶液中的盐类物质析出并释放热量;当压力释放时,析出的盐迅速溶解并强力吸收热量。
在室温条件下,溶液温度可在短短20秒内下降近30摄氏度,在高温环境中的降温幅度更加显著,远超现有固态相变制冷材料的性能表现。
这一现象被命名为"溶解压卡效应"。
其中"压卡效应"是指固体材料在外界压力改变时发生的相变现象,而"溶解压卡效应"则将这一原理拓展至溶解热领域。
该效应的独特之处在于,充分利用了液体溶液的流动性优势,实现了高效的热量传输,同时通过溶解或析出过程释放巨大冷量。
由于水溶液本身不涉及碳排放问题,这项发现打破了长期困扰制冷领域的"低碳排放、大冷量、高换热效率"三者难以兼得的困局。
基于这一核心发现,科研团队设计出了一套完整的四步循环系统。
该系统依次进行加压升温、向环境散热、卸压降温和输送冷量四个环节。
单次循环过程中,每克溶液可吸收67焦耳的热量,理论制冷效率高达77%,展现出显著的工程应用潜力。
这一数据表明,该技术在转换效率上已达到业界先进水平。
从应用前景看,"溶解压卡效应"涉及的溶液体系具有良好的可调节性和可扩展性。
相关研究人员表示,这项发现为制冷技术提供了全新的工作原理,未来有望在工业冷却系统、大型数据中心散热、特种制冷设备等多个领域得到广泛应用。
特别是对于能耗密集型产业,该技术可能带来显著的节能效益。
此外,由于采用水溶液体系,相比传统制冷剂具有更好的安全性和环保性,符合绿色发展理念。
绿色制冷的核心不只是替换一种工质,更在于重塑高效、可控、可持续的制冷机理。
此次“溶解压卡效应”的提出,为解决制冷领域长期存在的性能权衡提供了新的思路,也提示科研创新应更加面向系统与场景的真实需求。
面向未来,只有将原理突破与工程可行性、产业链协同、应用验证同步推进,才能把实验室里的新效应转化为支撑节能减排的现实生产力。