绿色制冷探索迈向新阶段

（来源：沈阳日报）

转自：沈阳日报

　　我们都熟悉这样一种化学现象，一些无机盐在溶解时会产生吸热或放热现象。但你能想象吗？仅用十分普通、易得的无机盐，通过对其溶液施加压力，就会产生强烈的放热、吸热效应，实现高效制冷。

　　近日，中国科学院金属研究所（以下简称金属所）沈阳材料科学国家研究中心磁性与热功能材料研究部科研人员与合作者研究发现溶解压卡效应，将盐溶液同时作为制冷工质与换热介质，以压力为调控机制，成功破解低碳—大冷量—高换热效率的“不可能三角关系”难题。该项研究为制冷技术发展提供了全新思路，将绿色制冷科技创新和产业发展的探索推向新阶段。相关成果论文以《溶解过程中的极端压卡效应》为题，发表于国际权威期刊《自然》。

　　一加压一卸压 先放热再吸热

　　金属所材料相变与中子散射研究组研究员、论文第一作者张琨介绍，成果发表之后，团队成员正在加紧开展后续实验与分析工作。

　　“简单理解，溶解压卡效应就是利用盐在水中溶解与再结晶过程中伴随的吸热和放热现象，通过压力调控实现制冷循环。”张琨对溶解压卡效应进行了简单概括。

　　为什么能通过压力进行调控？科研团队发现，在所研究体系中，压力会改变溶解平衡，使溶质在特定条件下析出。这种压力调控的溶解/析出过程具有可逆、响应迅速等优点。

　　基于溶解压卡效应冷量大、溶液自身易换热的特性，科研团队设计了一种类卡诺制冷循环，包括四个阶段：绝热条件下加压使溶质析出，溶液温度升高；继续加压，利用循环泵使溶液在系统中流动，在热端换热器向环境放热；关闭循环泵并卸载压力，溶质快速溶解，溶液温度降低；将低温溶液泵送至冷端换热器，从热源吸热，达到制冷目的。

　　张琨介绍，在实验条件下，硫氰酸铵盐溶液在600兆帕压力循环下能够获得26.8℃的温降，显著超越了已知的固态相变制冷材料的表现。

　　兼顾关键指标 对比优势显著

　　传统制冷设备，如空调、冰箱等，多使用气体压缩制冷技术。不过，该技术存在高能耗与高碳排放短板，驱动着研究人员不断探索新的技术路径。

　　张琨认为，溶解压卡效应的发现和深入研究，为绿色制冷技术发展指出了一条完全不同于传统技术路径的新方向。“溶解压卡效应是以溶液溶解为核心的全新制冷机制，有望在特定的应用场景下展现出明显的技术优势。”张琨说。溶解压卡效应打破了现有困局，首次将低碳—大冷量—高换热效率这三项关键指标集于一体。此外，所用原料硫氰酸铵是常见化工产品，资源丰富，成本较低，也为该技术未来的转化与应用提供了便利。

　　实现巨大跨越 推动转化应用

　　“我们团队在李昺研究员带领下，长期致力于新型制冷材料和机理研究。溶解压卡效应是这一持续探索中的阶段性成果，也是团队多年长期积累和接力攻关的体现。”张琨说。

　　从固态材料压卡研究到溶液溶解压卡研究，科研团队在研究对象和方法上实现了新的跨越。不过，高压或极端条件下溶液物理化学性质仍是一个探索相对较少的领域，这对团队提出了不小挑战。张琨说：“对于从事基础研究的科研人员来说，这种充满未知、有待深入的研究方向本身就极具吸引力。”

　　随着人工智能技术的快速发展，数据中心等电子系统对散热提出了更高要求，为科研团队探索新型制冷原理提供了现实应用场景。盐溶液流体制冷与传统气液相变制冷在系统形态上具有一定相似性，为开发新型制冷系统提供了参考与借鉴。目前，基于溶解压卡效应的原理性器件和实验室样机已经在设计之中。

　　“国家倡导推进以应用为导向的基础研究。我们希望与具备工程经验和产业能力的企业开展合作，在充分验证原理和性能的基础上，稳步推动原创性成果走向实际应用，让科技成果在制冷行业高质量发展中发挥出更大价值。”张琨说。

　　沈阳日报、沈报全媒体

　　记者 岳雨 实习生 关伊彤