中国科学院金属研究所(IMR)等机构组成的中国科研团队提出一种有望突破传统制冷剂技术瓶颈的新型制冷机制,并将其命名为“溶解压致热效应”(Dissolution Barocaloric Effect)。该机制以水和硫氰酸铵(NH₄SCN)水溶液为介质,兼具较高能效和环保潜力。
据日本科技媒体 Gigazine 当地时间2日 报道,这项研究由中国科学院金属研究所(IMR)、北京高压科学研究中心和西安交通大学联合完成,相关成果已发表于国际学术期刊《Nature》。其核心原理是,在加压和减压过程中,利用盐的析出与溶解反应,实现热量的快速释放和吸收。
研究团队采用的材料体系为硫氰酸铵水溶液。加压时,溶液中的盐析出并放热;减压时,盐迅速溶解并吸收周围热量。团队认为,这一过程能够在极短时间内带来显著温度变化,是其实现快速制冷的关键。
实验结果显示,在常温条件下,该体系可在20秒内降温约20至30摄氏度;在更高温环境中,温降最高可超过50摄氏度。研究人员表示,这一降温幅度明显高于此前报道的固态热效应材料。
按照研究团队的介绍,这一制冷系统可通过四个阶段完成循环运行,分别为加压升温、对外散热、减压制冷和提供冷量。单次循环最多可吸收67焦耳热量,理论能效约为77%,相较传统蒸汽压缩制冷路线具备一定效率优势。
当前,全球制冷和冷却需求仍高度依赖19世纪以来形成的蒸汽压缩制冷技术。这一路线在制冷循环过程中耗电较高,同时还伴随温室气体排放问题。以中国为例,制冷相关产业约占国内生产总值(GDP)的2%,但用电量占全国总用电量的20%,二氧化碳排放占比约为7.8%。
在此背景下,固态相变制冷被视为替代方案之一,但受限于热传导能力,难以应用于大规模、高功率场景。研究团队认为,“溶解压致热效应”有望同时满足低碳排放、大容量制冷和高效热交换等需求。
这项研究获得中国国家自然科学基金和中国科学院“前沿科学重点研究项目”支持,并依托日本同步辐射装置 SPring-8 开展相关实验。团队表示,下一步将评估该技术在数据中心冷却、AI计算设备散热和工业制冷系统中的应用潜力。