近日，我国科学家研制出了全球迄今唯一的一种全温区固态制冷新材料，能在从室温（27℃）到液氮温度（-196℃）甚至更低（可能达液氦-269℃） 的极宽温度范围内，仅需施加和释放压力即可产生显著的制冷温变... |
上月，制冷材料领域迎来重要发现。中国科学院金属研究所等单位的研究团队在六氟磷酸钾（KPF₆） 材料中，首次发现并证实了前所未有的 “全温区压热效应”。这意味着，仅用一种材料，在施加和释放压力时，就能在从室温（27℃）到液氮温度（-196℃）甚至更低（可能达液氦-269℃） 的极宽温度范围内，产生显著的制冷温变（温度变化）。这打破了传统固态制冷材料只能在特定狭窄温区高效工作的限制。相关科研成果于2025年8月20日发表于《Nature》子刊。 该材料（KPF₆）无论是在常见的27℃室温制冷、需要液氮的-196℃低温，还是需要液氢（-253℃）或液氦（-269℃）的极端低温区域，在加压（诱导相变）和减压（相变恢复）过程中均能产生显著制冷效应。 - 27℃室温附近：释放250 MPa压力时，绝热温变（ΔTad）高达~9.5℃；
- -196℃液氮温区：释放250 MPa压力，达2.5℃；
该效应源于压力诱导的菱方相变。无论在27℃的立方相、-18℃的单斜II相，还是-196℃的单斜I相，施加压力后KPF₆均会转变为菱方相。释放压力时相变可逆，实现宽温区制冷。 - 27℃时熵变高达144 J·kg⁻¹·K⁻¹，制冷温区跨度超50℃；
- 相变斜率（dT/dP）约2.03℃/MPa，符合高效压热材料特征。
实现显著温变需250 MPa（约2500个大气压） 压力。如何开发高效可靠的压力加载/卸载系统，是商业化应用的首要障碍。 - 需通过复合材料（如石墨烯）提升热导率（当前仅0.368 W·m⁻¹·K⁻¹）。
-269℃区域的压热效应（ΔTad 和 ΔS）直接测量数据尚不完善，需开发专用低温高压表征技术。设计适应宽温区的“自适应”热力循环系统替代传统多级制冷，存在工程集成挑战。 - 单级宽温区制冷：覆盖-269℃~27℃的单一材料系统，大幅简化设备结构；
- 探索PF₆基系列材料（如NaPF₆, KAsF₆）的全温区效应；
压力与电场/磁场协同调控，可能进一步提升制冷效率（如Mn₃-XPt₁+X中的压磁耦合效应）。KPF₆的“全温区压热效应”实现了固态制冷领域的范式突破，首次用单一材料覆盖-269℃~27℃温区。尽管高压工程化和系统集成仍是产业化的关键障碍，其原理突破性为发展结构简约、温区全覆盖的下一代固态制冷技术奠定了科学基础。这项“中国发现”有望重塑低温技术格局，推动量子科技、能源效率等前沿领域跨越式发展。Zhao, X., Zhang, Z., Hattori, T. et al. All-temperature barocaloric effects at pressure-induced phase transitions.
Nat Commun 16, 7713 (2025). 文章来源：电能技术超市。如有侵权，请联系删除。
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