壓熱(Barocaloric, BC)材料通過壓力導致固-固相變產生熱吸收,具備實現高能效制冷的潛力。然而,目前已知的材料中,能夠在家庭制冷或空調所需溫度范圍內發生相變的材料極為有限。
莫納什大學的Douglas R. MacFarlane、迪肯大學的Jennifer M. Pringle等研究者引入了一類新的BC材料-有機離子塑晶(OIPCs)。OIPCs能夠在施加中等壓力時發生高熵固-固相變,適用于大多數制冷應用所需的亞環境溫度。表現出亞環境溫度下的相變、“巨量”熵變(92至240 J/kg·K),以及對壓力高度敏感的特性,壓敏度高達23.7 K/kbar。OIPCs的一個獨特優勢是其一級固-固相變具有等溫特性,在理想條件下可以充分釋放與相變相關的熵變。
研究者發現,ΔThys(相變遲滯溫差)對樣品體積高度敏感,較大體積樣品(更接近實際應用)中ΔThys會顯著降低。此外,通過添加劑還能進一步減少遲滯效應,因此可以采用簡單的方法提升OIPCs的壓熱性能。OIPCs的陽離子和陰離子結構可靈活調控,為優化壓熱特性提供了廣闊空間。作為離子液體的一個子類,已有大量文獻研究了離子結構變化對熱物理性質的影響,這些研究成果可以直接應用于OIPCs的設計,以兼顧性能與可持續性目標。進一步研究相變過程中的自由度、離子結構與體積變化之間的關系,將有助于深入理解OIPCs中巨大壓熱效應的來源,從而推動其在制冷領域的應用和改進。
來源:Science
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8396