壓熱(Barocaloric, BC)材料通過壓力導(dǎo)致固-固相變產(chǎn)生熱吸收,具備實現(xiàn)高能效制冷的潛力。然而,目前已知的材料中,能夠在家庭制冷或空調(diào)所需溫度范圍內(nèi)發(fā)生相變的材料極為有限。
莫納什大學(xué)的Douglas R. MacFarlane、迪肯大學(xué)的Jennifer M. Pringle等研究者引入了一類新的BC材料-有機離子塑晶(OIPCs)。OIPCs能夠在施加中等壓力時發(fā)生高熵固-固相變,適用于大多數(shù)制冷應(yīng)用所需的亞環(huán)境溫度。表現(xiàn)出亞環(huán)境溫度下的相變、“巨量”熵變(92至240 J/kg·K),以及對壓力高度敏感的特性,壓敏度高達(dá)23.7 K/kbar。OIPCs的一個獨特優(yōu)勢是其一級固-固相變具有等溫特性,在理想條件下可以充分釋放與相變相關(guān)的熵變。
研究者發(fā)現(xiàn),ΔThys(相變遲滯溫差)對樣品體積高度敏感,較大體積樣品(更接近實際應(yīng)用)中ΔThys會顯著降低。此外,通過添加劑還能進(jìn)一步減少遲滯效應(yīng),因此可以采用簡單的方法提升OIPCs的壓熱性能。OIPCs的陽離子和陰離子結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)控,為優(yōu)化壓熱特性提供了廣闊空間。作為離子液體的一個子類,已有大量文獻(xiàn)研究了離子結(jié)構(gòu)變化對熱物理性質(zhì)的影響,這些研究成果可以直接應(yīng)用于OIPCs的設(shè)計,以兼顧性能與可持續(xù)性目標(biāo)。進(jìn)一步研究相變過程中的自由度、離子結(jié)構(gòu)與體積變化之間的關(guān)系,將有助于深入理解OIPCs中巨大壓熱效應(yīng)的來源,從而推動其在制冷領(lǐng)域的應(yīng)用和改進(jìn)。
來源:Science
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8396
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