我国科学家发现"溶解压卡效应" 为绿色制冷技术开辟新路径

当前全球面临气候变化和能源紧张的双重压力,制冷技术的绿色转型成为重要课题。

据统计,我国现有气体压缩制冷技术虽为国民经济贡献了约2%的GDP,但其能耗问题不容忽视——该技术消耗了全社会近20%的电力资源,同时产生了7.8%的有机气体碳排放。

这一矛盾日益凸显,亟待技术突破。

为应对这一挑战,科研界近年来将目光转向固态相变制冷材料。

这类材料通过压力或磁场变化实现吸放热过程,相比传统气体工质具有明显的环保优势,能够有效避免有害气体排放。

然而,固态材料本身存在的导热速度慢、界面热阻大等固有缺陷,严重制约了其在大功率实际应用中的推广。

这使得制冷领域长期陷入"低碳排放、大制冷量、高换热效率"三者难以兼得的困境。

李昺团队的突破性发现打破了这一僵局。

研究人员在实验中发现,硫氰酸铵溶液在压力变化下表现出非凡的热效应特性。

具体而言,当对溶液施加压力时,盐类物质析出并释放热量;卸压后,盐类迅速溶解并产生强力吸热反应。

在室温条件下,溶液温度可在短短20秒内骤降近30摄氏度,在高温环境中的降温幅度更加显著,远远超越了现有固态相变材料的性能水平。

这一现象被命名为"溶解压卡效应"。

该发现的创新之处在于实现了制冷工质与换热介质的有机统一。

传统制冷技术中,这两个功能往往由不同物质承担,导致系统复杂度高、效率损失大。

而溶液的流动特性使其能够高效传递热量,同时通过盐的溶解和析出过程提供巨大的冷量输出,从而一举突破了长期困扰业界的技术瓶颈。

基于"溶解压卡效应",李昺团队设计出了一套完整的四步循环系统:加压升温、向环境散热、卸压降温、输送冷量。

该循环系统性能指标令人瞩目——单次循环即可实现每克溶液吸收67焦耳的热量,理论效率高达77%,展现出强大的工程应用潜力。

这意味着新技术在能源利用效率上有望实现质的飞跃。

从应用前景看,这项研究成果具有广泛的实用价值。

大型数据中心作为当代能源消耗的重要领域,其热管理需求日益增长。

新型制冷技术的高效率和低碳特性,为数据中心的绿色运营提供了新的解决方案。

同时,该技术原理的通用性也为其他工业冷却、空调制冷等领域的应用奠定了基础。

这项研究不仅代表了我国在基础科学领域的创新能力,更体现了科技工作者面向国家重大需求的责任担当。

从实验室发现到产业化应用,还需要进一步的工程化研究和技术验证,但"溶解压卡效应"的发现已经为下一代绿色制冷技术指明了方向。

从应对气候变化到服务新型基础设施建设,制冷技术的升级既是能源转型的现实课题,也是产业竞争力的重要变量。

“溶解压卡效应”的提出,把材料科学、热力学机理与工程循环路径连接起来,为破解行业长期难题提供了新的思路。

未来,持续推进从机理发现到系统验证、从样机试制到场景应用的全链条攻关,方能让实验室的“降温瞬间”转化为可持续发展的“长期收益”。