【天天新視野】科學家展示新的固態制冷劑材料 有望實現更環保的冷卻

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像冰箱和空調這樣的設備從材料的相變循環中獲得其冷卻能力。在氣態形式下，制冷劑通常是一種氫氟碳化物（HFC），將從其周圍吸收熱量，從而冷卻一個房間或冰箱內部。然后，這種氣體進入壓縮機，將其壓縮，變成液體，并釋放出儲存的熱量，排放到外面。隨著壓力的降低，液體被允許膨脹成氣體，再次開始循環。這就是所謂的壓卡效應。

這是一個有效的過程，幾十年來一直為我們服務，但是這些氫氟碳化物在使用過程中，如果被損壞，以及在被移動或處理時，會從設備中泄漏出來。一旦進入大氣層，它們是比二氧化碳更有力的氣候變化驅動因素，因此找到減少這些排放的方法是環境行動計劃的一個關鍵部分。

仍然可以進行壓卡效應的固體制冷劑可以幫助解決這個問題。這項新研究從一個被稱為金屬鹵化物鈣鈦礦的類別中發現了一種有希望的材料，這種材料作為新一代的太陽能電池材料已經很出色。在這種情況下，這種材料可用于冷卻，其方式與那些在液態和氣態之間切換的材料基本相同，只是它在這兩個形態下都是固體。

這些固體制冷劑材料的秘密在于其原子結構。通常情況下，它們是由長長的柔性分子鏈組成的，是無序的，有點軟綿綿的，但在壓力下，它們會變硬，變成更有序的狀態，在這個過程中釋放熱量。釋放壓力，它們可以再次從周圍環境中吸收熱量。雖然這兩種形態都是固體，但該團隊將這種過渡比作部分融化的蠟。

該團隊用一個原型設備展示了這個想法。固體制冷劑與水或油等惰性液體一起被裝入一個金屬管。一個液壓活塞對液體施加壓力，這反過來又將其傳遞給制冷劑。液體也有助于將熱量從系統中轉移出去。

該系統顯示了前景，但該團隊表示仍有一些問題需要解決。首先，所涉及的壓力在液壓系統中是可能的，但對于消費者設備來說有點太高了--大約2900 psi，而傳統空調的最高壓力是150psi。其他特定的材料也可能更好地傳導熱量。

其他科學家已經研究了使用塑料晶體或形狀記憶合金作為潛在的固態制冷劑。隨著更多的工作，這類新材料可以幫助使冷卻設備更加環保。

這項新的研究在美國化學學會秋季會議上發表，該團隊的介紹可以在下面的視頻中看到。