由于排放和能耗問題，傳統(tǒng)氣體壓縮制冷技術(shù)備受關(guān)注，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界均在積極尋找解決方案。在此背景下，固態(tài)相變制冷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，近年來經(jīng)歷了快速發(fā)展。固態(tài)相變制冷技術(shù)基于固體材料中外場誘導(dǎo)的各類相變，依外場不同可分為磁卡效應(yīng)、電卡效應(yīng)、彈卡效應(yīng)和壓卡效應(yīng)。在相變溫度附近，外場可有效地改變相變熱力學(xué)勢壘和能級(jí)；因此，固態(tài)相變制冷效應(yīng)均出現(xiàn)在相變溫度附近一個(gè)較小的范圍。要實(shí)現(xiàn)較寬溫區(qū)的連續(xù)制冷，必須將多個(gè)具有不同相變溫度的材料串聯(lián)形成多級(jí)制冷。以室溫磁卡制冷原型材料稀土釓和龐壓卡制冷原型材料新戊二醇為例，它們的制冷溫區(qū)分別在293 K和315 K附近約+/-10 K的范圍。近期，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心功能材料與器件研究部及材料設(shè)計(jì)與計(jì)算研究部的科研人員在無機(jī)塑晶材料KPF6中首次發(fā)現(xiàn)了全溫區(qū)壓卡效應(yīng)，單個(gè)材料可覆蓋室溫、液氮、液氫和液氦典型制冷溫區(qū)，這是迄今為止唯一的全溫區(qū)固態(tài)相變制冷材料（圖1）。這一研究結(jié)果以“All-temperature barocaloric effects at pressure-induced phase transitions”為題發(fā)表于Nature Communications 16,7713 (2025)。
KPF6在室溫為面心立方相，PF6八面體呈現(xiàn)了各向同性的隨機(jī)旋轉(zhuǎn)；隨著溫度降低，分別在257 K轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郔I，隨后在219 K轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郔。前期研究表明，在室溫附近施加壓力產(chǎn)生高壓菱方相從而導(dǎo)致了龐壓卡效應(yīng)（Mater. Horiz. 10,977 (2023)），調(diào)控材料顆粒尺寸可在低場下獲得較大的可逆壓卡熵變（Appl. Phys. Lett. 126,081904 (2025)）。在此次研究中，利用自研的壓卡效應(yīng)絕熱溫變測量裝置，直接測量了KPF6在室溫至液氮溫區(qū)絕熱溫度變化：250M Pa壓力下，室溫為12 K，77.5 K為2.5 K。綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室原位高壓拉曼散射譜儀和日本J-PARC的高壓中子衍射譜儀，獲得了上百個(gè)溫度-壓力組合條件下的結(jié)構(gòu)信息，繪制了完整的高壓相圖，第一性原理計(jì)算復(fù)現(xiàn)了高壓相變特征。
本工作第一作者為博士生趙雪婷和張召，通訊作者為李昺研究員和劉培濤研究員。本工作得到了國家自然科學(xué)基金（52425107,?52422112,?52188101）、所創(chuàng)重點(diǎn)項(xiàng)目（2021-ZD01），中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃“從0到1”項(xiàng)目（ZDBS-LY-JSC002）等項(xiàng)目的資助，也得到了J-PARC（2022B0092）大科學(xué)裝置機(jī)時(shí)支持。
傳統(tǒng)壓卡效應(yīng)與全溫區(qū)壓卡效應(yīng)的比較
