迄今唯一：中国科学家发现全球首个全温区固态相变制冷材料

IT之家 8 月 20 日消息，传统的冰箱和空调使用的气体压缩制冷技术存在能耗高等问题。为此，全球的科学家和工程师都在努力寻找更优的替代方案，固态相变制冷技术就是其中一种前景广阔的解决方案。

今日，中国科学院金属研究所宣布旗下科研团队取得了一项重要突破。他们在一种名为六氟磷酸钾（KPF6）的无机塑晶材料中，首次观察到了“全温区压卡效应”。

通过施加压力，KPF6 能在从室温（约 25℃）到液氮（-196℃）、液氢（-253℃）甚至液氦（-269℃）的极低温区实现制冷效应，这是迄今为止唯一的全温区固态相变制冷材料。

▲ 图 1.传统压卡效应与全温区压卡效应的比较。新戊二醇的熵-温度曲线示意图（a）和高压相图（b），KPF6 的熵-温度曲线示意图（c）和高压相图（d），代表性压卡材料制冷温区的对比（e）。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部及材料设计与计算研究部的科研人员在无机塑晶材料 KPF6 中首次发现了全温区压卡效应，单个材料可覆盖室温、液氮、液氢和液氦典型制冷温区，这是迄今为止唯一的全温区固态相变制冷材料。

KPF6 在室温为面心立方相，PF6 八面体呈现了各向同性的随机旋转；随着温度降低，分别在 257 K 转变为单斜相 II，随后在 219 K 转变为单斜相 I。

前期研究表明，在室温附近施加压力产生高压菱方相从而导致了庞压卡效应，调控材料颗粒尺寸可在低场下获得较大的可逆压卡熵变。

在此次研究中，利用自研的压卡效应绝热温变测量装置，直接测量了 KPF6 在室温至液氮温区绝热温度变化：250M Pa 压力下，室温为 12 K，77.5 K 为 2.5 K。

综合运用实验室原位高压拉曼散射谱仪和日本 J-PARC 的高压中子衍射谱仪，获得了上百个温度-压力组合条件下的结构信息，绘制了完整的高压相图，第一性原理计算复现了高压相变特征。

IT之家查询获悉，这一研究结果已于昨晚发表于 Nature Communications（https://doi.org/ 10.1038 / s41467-025-63068-z）。

论文第一作者为博士生赵雪婷和张召，通讯作者为李昺研究员和刘培涛研究员。该项目得到了国家自然科学基金、所创重点项目，中国科学院前沿科学重点研究计划“从 0 到 1”项目等项目的资助，也得到了 J-PARC 大科学装置机时支持。