塑晶材料及其压卡效应研究发展与展望

随着世界经济的快速发展,以及全球变暖导致的气候问题日益加重,制冷技术对现代社会的影响越来越深入。全氯氟烃(CFCs)和含氢氯氟烃(HCFCs)类氟利昂制冷剂在常规的气体压缩制冷技术中一直占据主要地位,但这一类制冷剂的使用会加剧全球的温室效应。为了实现全球碳中和,寻求高效环保的制冷方案成为科学家们的重点研究方向,而基于外场诱导的固态相变技术就提供了一种很有前景的方案,其中压卡效应备受关注。近年来,科学家们相继在一系列被称为塑晶的材料中发现了庞压卡效应,其熵变比传统的固态相变制冷材料高一个数量级。在此之后,科研界对塑晶材料压卡效应的研究逐渐增多,并不断探寻出新的具有优异性能的塑晶材料作为压卡制冷技术的工质。这极大地促进了压卡制冷技术的发展,为未来实现绿色环保的高效制冷技术提供了更多可能性。本文将简单解释塑晶压卡效应的物理机制,对C_(5)H_(12)O_(2)(NPG)、(NH_(2))C(CH_(2)OH)_(3)(TRIS)以及碳硼烷等几种典型的塑晶材料在压卡效应上的综合表现进行陈述和对比,并对塑晶压卡效应在新型固态制冷技术中的应用进行展望。

压卡制冷材料及技术的现状与展望

压卡制冷材料是一类由压力驱动材料发生固态相变而释放/吸收相变潜热的固体材料。压卡制冷技术是以压卡材料为工质、以压力作为驱动力构建的新兴固态制冷技术。本文从压卡效应基本热力学、压卡材料体系和压卡制冷样机三个方面简要论述该领域的发展现状。近年来压卡材料体系蓬勃发展,涉及金属、无机非金属、有机物、有机-无机杂化材料等。庞压卡效应的发现使有机塑晶材料备受关注,因其大熵变、低驱动压力、成本低廉等优点成为最有希望获得应用的一类材料。相比于此,制冷样机的研制则略显滞后。样机设计中需要解决的核心问题是力-热的有效耦合,选择高导热系数流体作为传热及传压介质,通过调整流体的压力和流速,同时优化压卡制冷工质的几何构型有望获得最佳力-热有效耦合条件。在单级制冷的基础上,采用主动回热式压卡制冷方式可实现连续制冷。