中新網(wǎng)北京1月22日電 (記者 孫自法)中國科學家團隊最近在世界上首次發(fā)現(xiàn)“溶解壓卡效應”，基于該效應一舉打破了長期以來困擾制冷材料領域的“低碳-大冷量-高換熱”不可能三角關系，并設計出一套高效的四步循環(huán)系統(tǒng)，有望推動制冷行業(yè)迎來一場綠色革命。
本項研究成果相關示意圖。中國科學院金屬研究所 供圖這項為下一代綠色制冷技術開辟全新路徑的重大突破，由中國科學院金屬研究所李昺研究員團隊與合作者共同完成，相關成果論文北京時間1月22日凌晨在國際學術期刊《自然》上線發(fā)表。
應對氣候變化與節(jié)能減排需求
論文共同通訊作者李昺研究員指出，制冷技術是現(xiàn)代社會的基石，目前廣泛使用的氣體壓縮制冷技術雖貢獻了中國約2%的國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)，卻也消耗了近20%的電力，并產(chǎn)生了7.8%的碳排放。
為應對氣候變化與節(jié)能減排需求，中國科學院金屬研究所科研團隊近年來著力開發(fā)固態(tài)相變制冷材料，這類材料通過壓力或磁場變化實現(xiàn)吸放熱，避免了氣體制冷劑的排放問題。然而，固態(tài)材料固有的導熱慢、界面熱阻大等缺陷，嚴重制約了其在實際大功率場景中的應用。
攻克制冷材料領域三大核心挑戰(zhàn)
在本項研究中，科研團隊在實驗中發(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：加壓時鹽析出并放熱，卸壓后鹽迅速溶解并強力吸熱，室溫下溶液溫度可在20秒內(nèi)驟降近30°C；在高溫環(huán)境下降溫幅度更高，遠超已知固態(tài)相變材料性能。這一現(xiàn)象被命名為“溶解壓卡效應”。
李昺表示，該效應的突破性在于將制冷工質與換熱介質合二為一：利用溶液本身流動性實現(xiàn)高效傳熱，并通過溶解/析出過程提供巨大冷量，有望同時攻克制冷材料領域的低碳排放、大制冷量、高換熱效率三大核心挑戰(zhàn)，也就是打破“低碳-大冷量-高換熱”的不可能三角關系。
奠定下一代制冷技術關鍵基礎
基于“溶解壓卡效應”，研究團隊設計出“加壓升溫→向環(huán)境散熱→卸壓降溫→輸送冷量”這一套高效的四步循環(huán)系統(tǒng)，單次循環(huán)即可實現(xiàn)每克溶液吸收67焦耳熱量，理論效率高達77%，展現(xiàn)出優(yōu)異的工程應用潛力。
“這項研究不僅提供了一種全新的制冷原理，更為發(fā)展高效、環(huán)保、可擴展的下一代制冷技術奠定了關鍵科學基礎，在大型數(shù)據(jù)中心熱管理方面潛力巨大?！崩顣m總結說。(完)