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研究發(fā)現(xiàn)高能量密度壓卡制冷新材料Ag?Te???S?
2025年12月11日 13:33:32
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4672
近日，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院等，在塑性超離子導體材料Ag?Te???S?中發(fā)現(xiàn)了高能量密度的壓卡效應。該材料在單位壓力下表現(xiàn)出的壓卡性能，優(yōu)于目前已知的多數(shù)無機壓卡材料。
壓卡制冷技術的核心原理是通過改變固體材料的外部壓力，調(diào)控其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化從而吸收或釋放熱量。與傳統(tǒng)冰箱和空調(diào)使用的氣體壓縮制冷技術不同，壓卡制冷是一種固態(tài)相變制冷技術。壓卡制冷技術利用固態(tài)材料在壓力作用下的熵變或溫變實現(xiàn)制冷，不僅環(huán)境友好，理論能效也更高。
然而，壓卡制冷技術面臨的核心挑戰(zhàn)在于材料性能限制。
傳統(tǒng)固態(tài)相變制冷技術(包括磁卡效應、電卡效應、彈卡效應和壓卡效應)都有一個共同的局限：制冷效應只出現(xiàn)在相變溫度附近很小的溫度范圍內(nèi)，通常僅有正負10開爾文(約10攝氏度)的窗口。為實現(xiàn)大范圍溫度變化，科學家不得不把多個不同相變溫度的材料組合起來，做成多級制冷裝置，這給實際應用帶來很大挑戰(zhàn)。
近日，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院等，在塑性超離子導體材料Ag?Te???S?中發(fā)現(xiàn)了高能量密度的壓卡效應。該材料在單位壓力下表現(xiàn)出的壓卡性能，優(yōu)于目前已知的多數(shù)無機壓卡材料。
研究團隊研發(fā)的新型高密度Ag?Te???S?材料在僅70 MPa的中等驅(qū)動壓力下，實現(xiàn)了可逆體積熵變，刷新了當前無機壓卡材料的最高紀錄。研究團隊通過有限元模擬揭示，在相同制冷量和等靜壓下，承載容器尺寸的縮小會顯著增強其抗壓性能。這意味著使用高體積熵變材料可以實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的輕量化與緊湊化。Ag?Te???S?材料的高密度特性使其在單位體積內(nèi)能夠存儲更多可轉(zhuǎn)換的熱能，為實現(xiàn)更小型、更高效的固態(tài)制冷設備提供了物質(zhì)基礎。
Ag?Te???S?材料的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在壓卡性能上，還包括一系列協(xié)同優(yōu)化的性能，使其在實際應用中更具競爭力。該材料體系具備較高熱導率，有助于實現(xiàn)高效熱交換，進而提升制冷效率。同時，材料顯示出良好塑性，可輕松加工成1毫米級小球或0.5毫米以下薄片。更為重要的是，經(jīng)過劇烈塑性變形、熱沖擊循環(huán)及反復壓力加載/卸載后，壓卡性能仍保持穩(wěn)定，顯示出優(yōu)異的服役可靠性。
相關研究成果Colossal Barocaloric Strength in Plastic Ag2Te1-xSx with High Density于近日發(fā)表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。
參考來源： 合肥物質(zhì)科學研究院
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