我國發現首個全溫區固態相變制冷材料

為開發新一代全固態制冷技術打開大門

中化新網訊 長期以來，空調與冰箱依賴的氣體壓縮制冷技術，存在高能耗、可能排放有害氣體等問題。近日，中國科學院金屬研究所李昺團隊取得重大突破，發現了迄今為止唯一的全溫區固態相變制冷材料——六氟磷酸鉀（KPF6）。這一研究成果已于8月20日在《自然·通訊》上正式發表。

該材料憑借特殊的內部結構，可在極寬溫區內發生壓力誘導相變，進而產生制冷效應，成功打破了傳統固態相變制冷材料只能在窄溫區生效的技術壁壘。這一突破意味著無需再通過“多材料組合”搭建復雜裝置，大幅簡化了制冷系統結構、降低了應用成本，為開發新一代高效、環保的全固態制冷技術打開了大門。

作為備受關注的替代方案之一，固態相變制冷技術雖具備無排放、理論效率高于氣體壓縮制冷等優勢，卻長期受限于一個關鍵技術瓶頸：傳統固態相變制冷材料僅能在室溫附近極窄的溫區內發生壓力誘導相變，制冷效應范圍有限。在實際應用中，往往需要將多種不同相變溫度的材料組合成多級制冷裝置，才能實現大范圍的溫度變化，大幅增加了系統的復雜度與應用成本。

李昺團隊發現的六氟磷酸鉀材料突破了這一技術瓶頸。在這種材料中他們首次觀察到了“全溫區壓卡效應”。實驗顯示，六氟磷酸鉀材料在室溫常壓下呈面心立方結構，其內部的六氟磷酸分子團可自由隨機旋轉；隨著溫度降低，它會經歷兩次內部結構變化，轉變為不同的單斜結構；而在壓力作用下，這些結構又會轉變為另外一種菱方結構。這一系列相變過程伴隨顯著的吸熱或放熱效應，從而實現了極寬的制冷溫區覆蓋。

據介紹，這一發現從根本上改變了固態相變制冷依賴“多材料組合”的傳統研發思路，不僅為冰箱、空調等民用制冷設備的節能化、環保化升級提供了新的技術路徑，更有望為航空航天、量子科技、超導技術等前沿領域的低溫需求提供全新解決方案。