我国发现首个全温区固态相变制冷材料

为开发新一代全固态制冷技术打开大门

中化新网讯 长期以来，空调与冰箱依赖的气体压缩制冷技术，存在高能耗、可能排放有害气体等问题。近日，中国科学院金属研究所李昺团队取得重大突破，发现了迄今为止唯一的全温区固态相变制冷材料——六氟磷酸钾（KPF6）。这一研究成果已于8月20日在《自然·通讯》上正式发表。

该材料凭借特殊的内部结构，可在极宽温区内发生压力诱导相变，进而产生制冷效应，成功打破了传统固态相变制冷材料只能在窄温区生效的技术壁垒。这一突破意味着无需再通过“多材料组合”搭建复杂装置，大幅简化了制冷系统结构、降低了应用成本，为开发新一代高效、环保的全固态制冷技术打开了大门。

作为备受关注的替代方案之一，固态相变制冷技术虽具备无排放、理论效率高于气体压缩制冷等优势，却长期受限于一个关键技术瓶颈：传统固态相变制冷材料仅能在室温附近极窄的温区内发生压力诱导相变，制冷效应范围有限。在实际应用中，往往需要将多种不同相变温度的材料组合成多级制冷装置，才能实现大范围的温度变化，大幅增加了系统的复杂度与应用成本。

李昺团队发现的六氟磷酸钾材料突破了这一技术瓶颈。在这种材料中他们首次观察到了“全温区压卡效应”。实验显示，六氟磷酸钾材料在室温常压下呈面心立方结构，其内部的六氟磷酸分子团可自由随机旋转；随着温度降低，它会经历两次内部结构变化，转变为不同的单斜结构；而在压力作用下，这些结构又会转变为另外一种菱方结构。这一系列相变过程伴随显著的吸热或放热效应，从而实现了极宽的制冷温区覆盖。

据介绍，这一发现从根本上改变了固态相变制冷依赖“多材料组合”的传统研发思路，不仅为冰箱、空调等民用制冷设备的节能化、环保化升级提供了新的技术路径，更有望为航空航天、量子科技、超导技术等前沿领域的低温需求提供全新解决方案。