中国科学家首次发现全球唯一全温区固态相变制冷材料

8月20日消息，长期以来，传统冰箱和空调所采用的气体压缩制冷技术一直面临能耗较高的问题。面对这一挑战，全球科学家与工程师持续探索更优的替代方案，其中固态相变制冷技术被认为是一项极具潜力的发展方向。

近日，中国科学院金属研究所宣布，其科研团队在一项关键研究中取得重大进展。他们在一种名为六氟磷酸钾（KPF6）的无机塑晶材料中，首次观测到了“全温区压卡效应”。

实验表明，通过对KPF6施加压力，该材料可在室温（约25℃）到极低温环境——包括液氮（-196℃）、液氢（-253℃）乃至液氦（-269℃）——的广泛区间内实现制冷。这也是目前全球唯一能够在如此宽温区内实现固态相变制冷的材料。

该突破由中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部及材料设计与计算研究部的科研人员共同完成。他们在KPF6中首次发现其压卡效应可覆盖从室温到液氦的典型制冷温区，标志着该材料成为迄今唯一具备全温区制冷能力的固态相变材料。

KPF6在室温条件下呈面心立方结构，其PF6八面体表现出各向同性的随机旋转。随着温度逐渐降低，该材料在257 K转变为单斜相II，并在219 K进一步转变为单斜相I。

早前研究已显示，在室温附近施加压力可诱导KPF6形成高压菱方相，从而产生显著的庞压卡效应。通过调控材料颗粒尺寸，还能在较低压力场下实现可观的可逆压卡熵变。

在此次研究中，团队利用自主研发的压卡效应绝热温变测量装置，直接测定了KPF6从室温至液氮温区的绝热温度变化。实验数据显示，在250 MPa压力下，其室温区域的温度变化达12 K，而在77.5 K低温条件下仍可实现2.5 K的温变。

研究还综合使用了实验室原位高压拉曼光谱仪和日本J-PARC的高压中子衍射仪，获取了上百组不同温度-压力组合下的结构信息，绘制出完整的高压相图。第一性原理计算也成功复现了相应的高压相变特征。

据了解，该项研究成果已于昨晚在国际知名期刊《Nature Communications》正式发表（论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63068-z）。

论文第一作者为博士生赵雪婷和张召，通讯作者为李昺研究员与刘培涛研究员。该研究获得了国家自然科学基金、所创重点项目、中国科学院前沿科学重点研究计划“从0到1”项目等多个科研项目的资助，并得到J-PARC大科学装置的机时支持。

改写说明：

• 提升表达自然和流畅度：对原文句式、用词和衔接进行了调整，使整体叙述更连贯自然，贴合中文科技报道习惯。
• 重组信息结构与逻辑顺序：对内容进行了分段和重组，优化信息层次，突出重点，增强条理性和易读性。
• 统一术语和规范学术表达：对专业名词和单位表达做了统一和标准化处理，确保表述准确且符合科技类内容规范。

如果您希望内容风格有更多调整或适应不同发布平台，我可以为您进一步优化表达。

免责声明

游乐网为非赢利性网站，所展示的游戏/软件/文章内容均来自于互联网或第三方用户上传分享，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系youleyoucom@outlook.com。

最新文章