Nature：我國科研團隊突破電卡制冷效應工程應用瓶頸

　　 12月23日，上海交通大學機械與動力工程學院副教授錢小石、教授陳江平團隊，與物理學院、自然科學研究院特別研究員洪亮課題組、化學化工學院教授黃興溢課題組組成的跨學科交叉研究團隊，通過精巧設計分子缺陷調控弛豫鐵電材料，制備了一種極化高熵高分子，顯著提高低電場下的巨電卡效應，并首次將循環壽命提高至逾百萬次。相關研究成果發表于《自然》，這是我國科研單位首次在《自然》發表以電卡制冷為主題的論文。

　　巨電卡效應是一種奇異的凝聚態物理現象，利用電介質充放電過程中的可逆電致溫變組成制冷循環，逆著溫度梯度輸運熱量。該領域研究涉及工程熱物理、凝聚態物理、電子電氣工程、機械工程、有機/無機功能材料等學科，具有顯著學科交叉特色。電卡制冷系統使用介電電容器制冷，電能損耗小、能效高，具有零溫室效應潛能、易于小型化/輕量化等特點，是實現雙碳目標的前瞻技術之一。然而，目前最優的制冷電介質仍需極高外加電場，才能產生工業化可用的降溫效果，而高電場在實際樣機工作過程中，極易造成材料老化與擊穿，如何提升材料在低電場下的電致熵變是應用領域亟需攻克的難題。

　　為此，研究人員通過設計一系列極化高熵高分子,顯著增強了高分子的本征電致熵變，無需異質材料摻雜。在較低外加電場（50 MVm-1）的驅動下，這種極化高熵材料表現出的電卡效應是目前最優制冷高分子的近4倍。多種結構表征均表明，高熵高分子同時具備更高的結晶度與更小的晶粒尺寸，據此可推測材料內呈現極化基元數量的顯著增長，系統具有更高的自由度與極化熵。

　　研究人員發現，該高熵高分子能夠在實現低場巨電卡效應的同時表現出較高的機械強度，有利于探索該型材料后續產業化工藝。此外，相同工況下，循環壽命提高超過20000倍，使用該型高熵高分子的主動回熱型制冷系統理論溫跨超過50攝氏度、大溫跨工況下熱力學完善度超過80%。

　　錢小石為該論文第一作者與通訊作者。洪亮、黃興溢、北京理工大學特別研究員黃厚兵為共同通訊作者。該研究得到科技部重點研發計劃變革性技術與關鍵科學問題專項、國家自然科學基金和上海市自然科學基金原創探索項目的資助。