研究發現高能量密度壓卡制冷新材料

近日，中國科學院合肥物質科學研究院等，在塑性超離子導體材料Ag₂Te_1-xS_x中發現了高能量密度的壓卡效應。該材料在單位壓力下表現出的壓卡性能，優于目前已知的多數無機壓卡材料。

壓卡制冷技術利用固態材料在等靜壓作用下的熵變或溫變實現制冷，不僅環境友好，理論能效也更高，被視為替代傳統制冷方案的候選技術之一。但是，當前領域研究聚焦材料的質量熵變，忽略了體積熵變及其實際應用價值。

有限元模擬證實，在相同制冷量和等靜壓下，承載容器尺寸的縮小會增強其抗壓性能，為容器壁厚有效減薄提供可能，最終實現系統的二次減重。這表明，高能量密度壓卡材料在實現制冷系統輕量化與緊湊化方面具有潛力。然而，目前已知材料的體積熵變值偏低，制約其實際應用。

科研人員研發了新型高密度Ag₂Te_1-xS_x材料。研究發現，該材料在僅70 MPa的中等驅動壓力下，實現了0.478 J·cm^-3·K^-1的可逆體積熵變，刷新了當前無機壓卡材料的最高紀錄。其壓卡強度達6.82 mJ·cm^-3·K^-1·MPa^-1，高于已報道的無機壓卡材料，甚至優于新戊二醇等經典的有機龐壓卡材料。

該材料呈現出巨大的體積壓卡效應，源于壓力誘導的立方相至單斜相結構轉變，以及相變過程中銀離子擴散動力學的顯著變化。該材料體系具備較高熱導率，有助于實現高效熱交換進而提升制冷效率；顯示出良好塑性，可加工成1毫米級小球或0.5毫米以下薄片；經過劇烈塑性變形、熱沖擊循環及反復壓力加載/卸載后，其壓卡性能仍保持穩定，展現出優異的服役可靠性。

這一研究明確了能量密度在推動壓卡制冷系統小型化與輕量化的作用，并研發了新型Ag₂Te_1-xS_x固態壓卡材料，實現了體積壓卡效應、力學加工性能和熱學性能的協同優化，為下一代綠色制冷技術的開發提供了新的思路與材料平臺。

相關研究成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

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