中科院向全世界宣布：发现“溶解压卡效应”，再度引起西方热议

前言

从家用冰箱、中央空调，到大型工业冷却装置，制冷技术早已深度融入现代生活的每个角落。然而支撑这些设备运转的，仍是沿用逾百年的气体压缩式制冷方式——它不仅能源消耗巨大，所依赖的合成制冷剂一旦泄漏，还会显著加剧温室效应，成为全球碳中和进程中的突出短板。

此刻，一道来自中国科学院金属研究所的科研强音划破沉寂！

团队首次揭示并命名一种前所未有的物理机制——“溶解压卡效应”，这项原创性发现正悄然构筑下一代绿色制冷体系的核心支柱，有望从根本上重塑人类对热管理的认知边界。

这项原理级创新，是否真能推动制冷装备迈入低功耗、零危害的新纪元？

现有制冷技术的困境

当前主流制冷系统，包括家用空调、商用冷柜及冷链运输设备，几乎全部基于“蒸气压缩循环”原理运行。其本质是借助机械压缩与节流膨胀，驱动制冷工质在气液两相间反复转变，借此完成热量的空间迁移。

典型流程为：压缩机将R32、R134a等低压气态工质加压升温，经冷凝器向外界排热；随后高压液体通过节流阀骤然降压，蒸发吸热，从而在蒸发器端实现低温制冷。

尽管该技术历经百年迭代已高度可靠，但其底层缺陷日益凸显。

整套系统高度依赖高功率压缩机持续做功，电能转化效率受限，年均待机与运行能耗居高不下。

更严峻的是，多数商用制冷剂属于强效温室气体，全球变暖潜能值（GWP）可达二氧化碳的上千倍，微小泄漏即造成不可逆生态负担。

为突破这一双重桎梏，全球科研力量正加速布局清洁、高效、可规模化的替代路径。

在此背景下，“固态相变制冷”成为前沿焦点之一。

该路径摒弃气态介质，转而利用特定功能材料在应力、磁场或电场作用下发生的晶格结构突变来响应热交换需求。

其中，施加外力诱导材料放热、撤除外力触发吸热的现象，被定义为“压卡效应”（Barocaloric Effect）。

虽理论能效潜力可观，但受限于固体本征导热率低、界面接触热阻大、响应速度慢等物理瓶颈，难以匹配空调、服务器散热等动态负荷场景的实际需求。

于是，固态制冷的工程落地长期徘徊于实验室验证阶段。

正当学界探索陷入胶着之际，中科院金属所研究组另辟蹊径，聚焦液相体系的热力学行为，在水基盐溶液中捕捉到一种前所未见的能量转换模式——“溶解压卡效应”。

这一原创性识别，不仅为破解传统制冷困局开辟全新范式，更可能催生一场覆盖全尺度热管理领域的技术跃迁。

溶解压卡效应

这项效应究竟如何驱动制冷？答案藏于研究团队精密设计的实验逻辑之中。

为绕开固态材料传热瓶颈，科研人员转向具有分子级流动性的液态体系，系统考察压力场对溶质-溶剂相互作用的影响规律。

他们选定硫氰酸铵（NH₄SCN）水溶液作为模型体系，在可控压力环境下开展原位观测。

实验结果令人振奋：当体系承受0.3–0.5 GPa高压时，原本均匀分散的盐离子被迫脱离溶剂化壳层，自发析出为微米级晶体，并同步释放可观潜热。

该过程与深海高压区海水结冰放热现象存在深刻类比，体现了相变热力学的普适性。

尤为关键的是，压力解除瞬间，晶体无需额外加热即可快速崩解、重溶于水，整个过程剧烈吸热，实测溶液温降峰值达30℃，且90%降温发生在20秒内，响应速度远超同类固态材料。

研究者敏锐意识到：将“相变活性”封装于可流动的液相载体中，既保留了压卡效应的热力学优势，又赋予其流体特有的传热敏捷性。

溶液可泵送、易布管、能自适应换热面形貌，大幅削弱界面热阻，使热量在毫秒级完成跨域传递。

由此，困扰固态制冷多年的导热迟滞与换热失配难题迎刃而解。

基于此，团队构建出完整闭环的“溶解压卡制冷循环”：

第一阶段加压促结晶放热，第二阶段卸压助溶解吸热，第三阶段通过流道设计实现冷热端定向输运，第四阶段完成工质复位，形成可持续运转的热力学回路。

得益于液相介质的高流动性与高比热容，单次循环时间缩短至分钟量级，单位体积制冷功率密度显著跃升。

溶解压卡效应的优势

该技术最根本的突破，在于彻底剥离对气候有害物质的路径依赖。

它不采用任何含氟、含氯有机化合物，核心工质仅为无机盐与去离子水的复合溶液，化学性质稳定、无毒无害、生物可降解。

即便发生意外泄漏或设备报废，也不会引入持久性有机污染物，全生命周期环境足迹趋近于零。

因此，该项技术被国际同行视为极具前景的“负碳就绪型”制冷方案，有望成为支撑双碳目标的关键使能技术之一。

性能测试表明，每克NH₄SCN溶液在单次溶解吸热过程中可吸收67焦耳热量，该数值较当前最优固态压卡材料提升3–5倍，接近传统R134a制冷剂单位质量制冷量的60%。

这意味着在同等体积约束下，系统可提供更强冷量输出，特别适用于5G基站液冷模组、AI芯片浸没式散热、新能源汽车电池热管理等高热流密度场景。

其能效提升潜力，或将重新定义高算力时代基础设施的能耗基准线。

传统固态压卡材料因刚性晶格限制，热传导速率常低于1 W/(m·K)，严重制约换热速率；而溶液体系凭借分子级扩散与宏观对流协同，整体有效导热系数可达0.6 W/(m·K)以上，且可通过流速调控实时优化。

液态工质如同智能热媒，在密闭回路中按需定向输送冷量，与微通道换热器形成无缝耦合，实现热量的瞬时捕获与高效转移。

这种“动态相变+流体输运”的双模协同机制，为热管理工程提供了前所未有的设计自由度。

当然，从原理验证迈向产业化仍需跨越数道现实门槛。

硫氰酸铵溶液在高压循环下的长期腐蚀性，对管道材质、密封结构及阀门耐久性提出严苛要求，亟需开发新型耐蚀合金或表面功能涂层。

此外，多次加卸压循环后可能出现的离子偏析、微量氧化副反应及结晶形态退化，亦需建立在线监测与自修复补偿机制。

整机系统的模块集成策略、微型化压缩/卸压装置研制、规模化制备成本控制，同样是决定技术落地节奏的核心变量。

但值得期待的是，随着材料基因工程、微纳流控技术和智能控制算法的深度融合，基于溶解压卡效应的首台样机有望在未来五年内完成中试验证。

届时，从超算中心的浸没式冷却浴、电动重卡的电池温控单元，到静音变频家用空调、无压缩机嵌入式冰箱，都将迎来一场静默却深刻的绿色升级。

结语

“溶解压卡效应”的横空出世，标志着制冷科学由经验工程正式迈入原理驱动新阶段。

它不仅拓展了热力学相变理论的疆域，更以中国原创智慧，为全球能源转型与气候治理贡献了一把关键钥匙。

纵然产业化之路尚存挑战，但每一次基础原理的突破，都预示着一个产业周期的开启。

我们有理由相信，在不远的将来，清凉将不再以牺牲地球为代价——那是一种更轻盈、更智慧、也更可持续的温度自由。