前沿 | 金属所：相变制冷-巨压卡效应 | Nature

文章来源：今日新材料

制冷技术对现代社会至关重要，但当前主流的蒸气压缩制冷技术严重依赖具有高全球变暖潜值的氟碳制冷剂，对全球环境构成严峻挑战。固态卡路里制冷技术提供了低碳替代方案，但实际应用受限于有限的制冷能力，以及依赖二次流体的低效间接传热。

近日，中国科学院金属研究所李昺研究员、北京高压科学研究中心李阔研究员、西安交通大学钱苏昕教授和中科院固体物理研究所童鹏研究员在Nature上发文，提出并实现了一种新的制冷概念：溶解过程中的压热效应，该机制利用压力调控的溶解热实现制冷。

硫氰酸铵水溶液，通过压力调节溶解沉淀机制实现了巨压卡效应。该机制可提供超大制冷容量与显著提升的制冷效率。室温溶液中，实现了26.8 K的原位温降，超越所有已知卡路里材料。基于该溶液自循环形成的极大温降与直接传热优势，还设计了类卡诺循环，单周期制冷量达67 J g⁻¹，第二定律效率达77%。

该方案突破传统相变模式，融合现有领先技术优势，为可持续制冷提供了创新解决方案。

图1 | 溶解过程中的极端压卡制冷概述。

图2 | 常压下的热力学性质。

图3 | 压力调控的沉淀与溶解。

图4 | 制冷性能评估。

采用硫氰酸铵（NH₄SCN）水溶液。巨压卡效应的核心机制并非传统固体的相变，而是 “压力调控的溶解与沉淀” 过程。通过施加和释放压力，可以可逆地控制NH₄SCN在水中的溶解（吸热过程）和结晶析出（放热过程），从而在溶液中直接产生巨大的温度变化。该系统在600 MPa下获得了26.8 K的原位温降，类卡诺循环凭借溶液巨大的冷却能力和直接传热特性，实现了优异的性能指标。

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