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，传统冰箱和空调普遍采用的气体压缩制冷技术存在能耗偏高等问题。为此，全球科学家与工程师正积极探寻更高效的替代方案，其中固态相变制冷技术被视作前景广阔的发展方向之一。

今天，中国科学院金属研究所宣布其科研团队取得重要研究进展。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“全温区压卡效应”。

通过施加压力，KPF₆能在从常温（约25℃）到液氮（-196℃）、液氢（-253℃）乃至液氦（-269℃）的宽泛温区内持续实现制冷效果，这也是迄今发现的唯一一种覆盖全温区的固态相变制冷材料。

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研究人员在无机塑晶材料KPF₆中首次揭示全温区压卡效应，单一材料即可覆盖室温、液氮、液氢和液氦等典型制冷区间，成为当前唯一实现全温区覆盖的固态相变制冷材料。

KPF₆在常温条件下呈现面心立方结构，PF₆八面体展现出各向同性的随机旋转特性；随着温度下降，材料分别在257K转变为单斜相II，随后在219K转化为单斜相I。

此前研究显示，在室温环境下施加压力可诱导高压菱方相生成，从而产生显著的庞压卡效应；通过调控材料颗粒尺寸，能够在低场条件下获得可观的可逆压卡熵变。

本次研究中，团队利用自主研发的压卡效应绝热温变测量装置，直接测得KPF₆在室温至液氮温区的绝热温度变化：在250MPa压力下，室温区温变达12K，77.5K温区为2.5K。

科研人员综合运用实验室原位高压拉曼散射谱仪与日本J-PARC的高压中子衍射谱仪，获取了上百组温度-压力条件下的结构数据，绘制出完整的高压相图，并通过第一性原理计算重现了高压相变特征。

据悉，这项研究成果已于昨日在《自然·通讯》期刊正式发表（https://doi.org/10.1038/s41467-025-63068-z）。

论文第一作者为博士生赵雪婷与张召，通讯作者为李昺研究员和刘培涛研究员。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”项目等资金支持，并得到了J-PARC大科学装置的实验机时保障。