制冷對現(xiàn)代社會至關(guān)重要，聯(lián)合國統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全球每年25%—30%的電力被用于制冷。來自中國科學(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)高端制冷技術(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。相關(guān)研究成果于3月28日發(fā)表在《自然》雜志上。

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)所采用的材料會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。基于固態(tài)相變熱效應(yīng)的制冷技術(shù)作為一種最具希望的替代技術(shù)，近幾十年受到廣泛關(guān)注。這種技術(shù)采用的固態(tài)相變制冷材料會在遇到外部刺激時產(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。”論文第一兼通訊作者、中國科學(xué)院金屬研究所研究員李昺說。

研究人員發(fā)現(xiàn)多種塑晶都可以在極小壓力的驅(qū)動下獲得巨大熵變，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)要歸因于塑晶的獨特分子結(jié)構(gòu)：塑晶高度無序，即分子取向排列不規(guī)則。這種無序結(jié)構(gòu)很容易被壓縮，相對較小的壓力便能誘導(dǎo)這些取向無序的分子產(chǎn)生規(guī)則排列，從而產(chǎn)生大幅度的熵變。

李昺指出，該研究中所報道的塑晶具有原材料豐富、環(huán)境友好和能耗低等優(yōu)點，在制冷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。