去年，中國科學院科學家團隊——合肥物質科學研究院固體物理研究所功能材料物理與器件研究部科研團隊突破“固態-固態”相變制冷材料研究的傳統思維，提出了“通過靜水壓驅動液-固相變實現制冷效應”（液態-固態）創新思想，在正構烷烴體系中獲得了室溫龐壓卡效應。該研究為發展綠色環保的新型制冷技術開辟了新思路。相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

　　現有制冷設備主要采用氣體壓縮循環技術，通過制冷劑達到制冷效果。目前，第一代制冷劑氟利昂因破壞臭氧層已基本停用。第二代制冷劑以氫氟碳化物為主，應用于食品儲存、空調、工業制造、醫療等領域。然而，氫氟碳化物的全球變暖潛能值是二氧化碳的幾百至上萬倍，具有強烈的溫室效應能力。發展綠色環保的新型制冷技術將是解決當前氣候變化問題、實現“雙碳”戰略目標的重要一環。

　　固態相變材料在磁場、電場、單軸壓和凈水壓（壓力）等外場驅動下會迅速發生熱響應（等溫熵變和絕熱溫變），即固態相變熱效應。該效應可從周邊環境中吸熱和放熱，利用吸熱過程可產生制冷效果。這類材料對環境影響極小，因而固態相變熱效應為研發新一代綠色制冷技術提供了理論依據。經過數十年的發展，現有固態相變制冷材料的制冷性能仍然難以與傳統氣體制冷劑匹敵，阻礙了其實際應用。

　　固態、液態是兩種常見的物質形態。由于兩態之間的分子、原子有序度存在差異，液-固相變時伴隨著巨大的熵變，遠高于固態相變時發生的熵變。同時，由于液、固態的密度差異較大，相變時體積也會發生顯著變化，使相變溫度對壓力敏感，因此可以通過施加壓力進行驅動，從而發生巨大熱響應（即壓卡效應）。

　　受到上述液態-固態相變特征的啟發，固體所研究團隊首次提出了利用壓力驅動液-固相變實現龐壓卡效應的創新思路（專利：一種基于固液相變材料的、壓力驅動的制冷方法），在正構烷烴（石蠟的主要化學成分）中發現了低壓力驅動的龐壓卡效應：低至50兆帕的壓力便可驅動正構烷烴產生高達700 JK-1kg-1的等溫熵變，該值是已知固態相變壓卡材料最高值的三倍以上，甚至超越了部分商用氣體制冷劑的對應值（氫氟碳化物：400-800 JK-1kg-1）；該壓力下驅動的絕熱溫變也達到現有壓卡材料的最高值。

　　此外，研究發現，無論是固態還是液態，施加壓力時正構烷烴內部均可形成靜水壓，避免了使用時傳壓介質的添加，因而可提高冷量密度，便于制冷設備的小型化；正構烷烴成本低廉，物理化學性能穩定，工作溫窗可調，相變過程可逆且不產生有害排放。該類材料在相變制冷領域具有廣闊應用前景。

　　為探究現象背后的科學原理，結合理論計算和壓力下拉曼光譜研究，科研人員對上述材料中的龐壓卡效應給出了理論解釋。固態正構烷烴分子主要以直鏈的形式存在。而在液態，分子鏈中的部分碳-碳鍵以最近鄰的碳-碳鍵為軸旋轉120度，長分子鏈發生扭曲。分子鏈中不同位置的碳-碳鍵均可發生相對扭轉，具有多種組合方式，導致單個長鏈分子存在數百種不同的形狀（即構象）。除了熱運動外，分子構象之間也在不斷地轉換，從而形成了巨大的熵（構型熵）。在液態施加壓力，分子間距減小，分子間相互作用增強，熱運動和分子鏈扭曲均被抑制，分子構象數量減少。當壓力增加到臨界值時，液-固相變發生，分子基本全部變成直鏈，且有序排列，構型熵被充分抑制，產生巨大熵變，即龐壓卡效應。

　　該研究為研發基于壓卡效應的新型綠色制冷技術提供了新思路，奠定了材料基礎，并為探索性能更加優異的新型龐壓卡材料指明了方向。研究工作得到中科院前沿重點研究計劃、國家重點研發計劃，以及國家自然科學基金面上項目和大科學裝置科學研究聯合基金等的支持。