近日,中國科學(xué)院高能物理研究所CSNS高能非彈譜儀團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院金屬研究所在Nature子刊《Nature Communications》發(fā)表題為“Ultrasensitive barocaloric material for room-temperature solid-state refrigeration”的文章,介紹了團(tuán)隊(duì)在壓卡材料領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。
在生活、生產(chǎn)過程中,制冷設(shè)備的能耗占總能耗的25%以上,基于固態(tài)相變的熱效應(yīng),包括磁卡、電卡、彈卡和壓卡效應(yīng)等,被認(rèn)為是一類可以提高能效并降低環(huán)境影響的新型制冷技術(shù)。近年來,有機(jī)塑晶材料中龐壓卡效應(yīng)的發(fā)現(xiàn),使得驅(qū)動(dòng)壓力大幅降低至 100 MPa左右,然而這與實(shí)際應(yīng)用仍有較大差距,尋找具有更小驅(qū)動(dòng)壓力的壓卡制冷材料成為當(dāng)下壓卡制冷技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院高能物理研究所CSNS高能非彈譜儀團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心龐壓卡制冷材料研究團(tuán)隊(duì)以及澳大利亞核科技組織Dehong Yu博士等,在NH4I中發(fā)現(xiàn)其α?β相變?cè)谑覝馗浇梢援a(chǎn)生~71 J K-1 kg-1的巨大等溫熵變,且該相變溫度對(duì)外加壓力非常敏感,
值高達(dá)~0.79 K MPa-1。這個(gè)高度敏感的相變溫度,不僅賦予該材料非常小的飽和可逆驅(qū)動(dòng)壓力(~40 MPa),而且可以在室溫附近實(shí)現(xiàn)很寬的工作溫度窗口。通過中子散射技術(shù)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),該化合物中存在極強(qiáng)的分子取向無序-晶格振動(dòng)耦合效應(yīng)。正是這種強(qiáng)耦合效應(yīng)的存在,可以很容易地通過外加壓力驅(qū)動(dòng)其晶格變化并抑制其銨基分子的取向無序運(yùn)動(dòng),最終產(chǎn)生超敏感的壓卡效應(yīng)。該工作有望為尋找高性能且低驅(qū)動(dòng)壓力的新型壓卡材料提供新的思路。
高能所任清勇副研究員和金屬所齊跡博士生為該工作的共同第一作者,童欣研究員和李昺研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、遼寧省、廣東省、沈陽市、東莞市、高能所以及澳大利亞核科技組織等的資助和支持。
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NH4I的相變溫度壓力敏感性、飽和可逆驅(qū)動(dòng)壓力和壓卡強(qiáng)度等與其它壓卡材料的對(duì)比