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编辑丨风云

研究背景

制冷技术对现代社会至关重要，但传统的蒸汽压缩系统严重依赖具有高全球变暖潜能的氟碳制冷剂。固态热效应制冷作为一种低碳替代方案被提出，它是基于外场诱导的固态相变，包括磁热、电热和机械热效应（如压热效应bce）。

关键问题

目前，固态热效应的应用主要存在以下问题：

1、固态热效应制冷能力受限

虽然部分材料如塑料晶体具有巨大的熵变，但固态相变通常需要复杂的次级换热流体，导致界面热阻大、系统结构复杂且传热效率低下。

2、缺乏高效的直接传热机制

目前的制冷技术往往在低碳特性（固态热效应）与高效直接传热（蒸汽压缩）之间难以兼得，迫切需要一种能融合两者优势的新型制冷方案。

新思路

有鉴于此，中国科学院金属研究所李昺研究员、北京高压科学研究中心李阔研究员、西安交通大学钱苏昕教授和中科院固体物理研究所童鹏研究员等人报告了通过压力调控溶解和沉淀在硫氰酸铵（nh₄scn）水溶液中实现的极端压热效应。这种机制提供了异常大的制冷能力并显著提高了冷却效率。作者在室温下的溶液中获得了26.8 k的原位温降，超过了所有已知的热效应材料。设计了一种类卡诺循环，每循环可提供67 j/g的制冷量，二律效率达到77%，这得益于极大的温降和自循环水溶液带来的直接传热。除了相变情景外，这种结合了当前领先技术优点的基于溶解的方法，成为一种极具前景的可持续制冷pg电子赏金女王模拟器试玩的解决方案。

技术方案：

1、提出了一种利用压力调控溶解热的新型制冷概念

研究团队提出利用压力调控溶解热的新型制冷概念，通过加压沉淀放热、减压溶解吸热实现高效制冷，融合了蒸汽压缩与固态制冷优势。

2、分析了nh₄scn溶液在常压下的热力学特性

研究通过多种手段分析了nh₄scn溶液热力学特性，发现压力可调控溶解平衡，显著改变共晶点位置，过程响应迅速，利于提高制冷频率。

3、评估了系统的制冷表现

该制冷系统在600 mpa压力释放下原位温降达26.8 k，刷新纪录，能量密度高，效率可达82%，为数据中心等高散热场景提供可持续制冷方案。

技术优势：

1、提出并实现了全新制冷概念

研究提出并实现了“溶解过程中的压热效应”这一全新制冷概念，通过压力驱动溶质的溶解与沉淀来利用溶解热，打破了制冷领域长期依赖潜热相变的传统范式。

2、实现了固态热效应材料的性能突破

作者在nh₄scn水溶液系统中实现了高达26.8 k的原位温降，并结合自循环溶液实现了直接换热，使其制冷量和二律效率（77%）均大幅领先于现有固态热效应材料。

技术细节

溶解过程中的极端压热制冷机制与循环设计

研究团队提出了一种利用压力调控溶解热的新型制冷概念，即溶解压热效应（bce at dissolution）。该技术旨在同时实现大制冷量、低碳排放和高效传热，融合了蒸汽压缩与固态制冷的优势。研究选择廉价易得的硫氰酸铵（nh₄scn）作为模型系统，其在水中具有极高的溶解度。为了利用这一效应，研究者设计了一个类卡诺循环，包含两个等温过程和两个绝热过程。首先，对饱和水溶液加压使其变为过饱和，导致溶质放热沉淀；随后通过泵循环在压力增加的同时等温地向冷凝器散热。减压过程则促使溶质吸热溶解，溶液温度降低至热源温度；最后在减压同时通过泵循环从热源等温吸收热量。这一循环中，水溶液既是制冷剂又是传热介质，实现了类似蒸汽制冷的高效直接换热。

图  溶解时的极端压热制冷概述

常压热力学性质与高压下的溶解-沉淀行为特征

研究首先通过差示扫描量热法（dsc）和同步辐射x射线衍射（sxrd）分析了nh4scn溶液在常压下的热力学特性。结果显示，在冷却过程中溶质先析出，随后剩余溶液在共晶温度下形成硫氰酸铵固体与冰的共晶混合物。原位高压拉曼光谱进一步揭示了压力对溶解平衡的调控作用：在加压至260 mpa时，光谱出现了代表固态晶格振动的低频峰，证实了压力诱导的沉淀过程；当压力回落至220 mpa时，固体重新溶解。高压差热分析（dta）显示，压力会显著改变共晶点的位置（如从常压下的50 wt%移动到400 mpa下的15 wt%），这是压力驱动沉淀-溶解过程的基础。显微观察证实该过程响应迅速，有利于提高制冷系统的运行频率。

图  常压下的热力学性质

图  压力调谐沉淀和溶解

制冷性能评估与类卡诺循环的效率分析

研究通过原位和离位测量评估了该系统的制冷表现。在室温298 k下，600 mpa压力释放产生的原位温降达26.8 k，这一数值刷新了已知热效应材料的纪录。相比之下，传统固态材料由于需要次级流体，其实际可利用的流体温降（δt_transfer）远低于该系统。热力学模拟表明，该系统在类卡诺循环中表现出极高的能量密度和效率：每循环制冷量高达67 j/g，且在8 k温差下的二律效率达到77%。这种高效性归因于极大的温降以及无需额外换热环节带来的损耗降低。此外，通过优化盐溶液的压力滞后或匹配温差，该效率还有进一步提升的空间，最高甚至可达82%。这一发现为解决大规模数据中心等高散热需求场景提供了理想的可持续制冷方案。

图  制冷性能评价

展望

本研究报告了硫氰酸铵水溶液中由压力调控溶解产生的极端压热效应，实现了26.8 k的超大原位温降。该技术通过结合溶解热与溶液自循环直接传热，成功突破了固态制冷传热效率低的瓶颈，在类卡诺循环中展现出67 j/g的制冷量和77%的高效率。作为一种不同于传统潜热相变的新型制冷范式，该研究为开发下一代高效、低碳的制冷技术提供了重要启发和广阔的应用潜力。

参考文献：

zhang, k., liu, y., gao, y. et al. extreme barocaloric effect at dissolution. nature (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41586-025-10013-1