研究发现高能量密度压卡制冷新材料
文章导读
技术高能耗、高污染而头疼？最新研究重磅突破：中国科学家在Ag₂Te₁₋ₓSₓ材料中发现超高能量密度压卡效应，仅需70 MPa中等压力，就实现0.478 J·cm⁻³·K⁻¹的可逆体积熵变——刷新无机材料纪录！其压卡强度达6.82 mJ·cm⁻³·K⁻¹·MPa⁻¹，远超同类材料，更兼具高热导率、优异塑性与稳定性。这意味着制冷系统可大幅轻量化、紧凑化，彻底解决当前体积熵变偏低的瓶颈。绿色制冷革命已来，这篇《将为你揭秘如何用一块"小薄片"颠覆未来空调与冰箱设计！
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近日，中国科学院合肥物质科学研究院等，在塑性超离子导体材料Ag2Te1-xSx中发现了高能量密度的压卡效应。该材料在单位压力下表现出的压卡性能，优于目前已知的多数无机压卡材料。
压卡制冷技术利用固态材料在等静压作用下的熵变或温变实现制冷，不仅环境友好，理论能效也更高，被视为替代传统制冷方案的候选技术之一。但是，当前领域研究聚焦材料的质量熵变，忽略了体积熵变及其实际应用价值。
有限元模拟证实，在相同制冷量和等静压下，承载容器尺寸的缩小会增强其抗压性能，为容器壁厚有效减薄提供可能，最终实现系统的二次减重。这表明，高能量密度压卡材料在实现制冷系统轻量化与紧凑化方面具有潜力。然而，目前已知材料的体积熵变值偏低，制约其实际应用。
科研人员研发了新型高密度Ag2Te1-xSx材料。研究发现，该材料在仅70 MPa的中等驱动压力下，实现了0.478 J·cm-3·K-1的可逆体积熵变，刷新了当前无机压卡材料的最高纪录。其压卡强度达6.82 mJ·cm-3·K-1·MPa-1，高于已报道的无机压卡材料，甚至优于新戊二醇等经典的有机庞压卡材料。
该材料呈现出巨大的体积压卡效应，源于压力诱导的立方相至单斜相结构转变，以及相变过程中银离子扩散动力学的显著变化。该材料体系具备较高热导率，有助于实现高效热交换进而提升制冷效率；显示出良好塑性，可加工成1毫米级小球或0.5毫米以下薄片；经过剧烈塑性变形、热冲击循环及反复压力加载/卸载后，其压卡性能仍保持稳定，展现出优异的服役可靠性。
这一研究明确了能量密度在推动压卡制冷系统小型化与轻量化的作用，并研发了新型Ag2Te1-xSx固态压卡材料，实现了体积压卡效应、力学加工性能和热学性能的协同优化，为下一代绿色制冷技术的开发提供了新的思路与材料平台。
相关研究成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。
压力容器重量与体积熵变关系，Ag2Te的压卡性能与机理
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