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科学家展示新的固态制冷剂材料有望实现更环保的冷却

尽管冰箱和空调很有用,但它们用作制冷剂的气体会泄漏到大气中,成为气候变化的主要因素。现在,哈佛大学的工程师们展示了一种新的冷却设备原型,它使用一种固态材料作为制冷剂。

  像冰箱和空调这样的设备从材料的相变循环中获得其冷却能力。在气态形式下,制冷剂通常是一种氢氟碳化物(HFC),将从其周围吸收热量,从而冷却一个房间或冰箱内部。然后,这种气体进入压缩机,将其压缩,变成液体,并释放出储存的热量,排放到外面。随着压力的降低,液体被允许膨胀成气体,再次开始循环。这就是所谓的压卡效应。

  这是一个有效的过程,几十年来一直为我们服务,但是这些氢氟碳化物在使用过程中,如果被损坏,以及在被移动或处理时,会从设备中泄漏出来。一旦进入大气层,它们是比二氧化碳更有力的气候变化驱动因素,因此找到减少这些排放的方法是环境行动计划的一个关键部分。

  仍然可以进行压卡效应的固体制冷剂可以帮助解决这个问题。这项新研究从一个被称为金属卤化物钙钛矿的类别中发现了一种有希望的材料,这种材料作为新一代的太阳能(8.040, -0.35, -4.17%)电池材料已经很出色。在这种情况下,这种材料可用于冷却,其方式与那些在液态和气态之间切换的材料基本相同,只是它在这两个形态下都是固体。

  这些固体制冷剂材料的秘密在于其原子结构。通常情况下,它们是由长长的柔性分子链组成的,是无序的,有点软绵绵的,但在压力下,它们会变硬,变成更有序的状态,在这个过程中释放热量。释放压力,它们可以再次从周围环境中吸收热量。虽然这两种形态都是固体,但该团队将这种过渡比作部分融化的蜡。

  该团队用一个原型设备展示了这个想法。固体制冷剂与水或油等惰性液体一起被装入一个金属管。一个液压活塞对液体施加压力,这反过来又将其传递给制冷剂。液体也有助于将热量从系统中转移出去。

  该系统显示了前景,但该团队表示仍有一些问题需要解决。首先,所涉及的压力在液压系统中是常见,但对于消费者设备来说有点太高了——大约2900psi,而传统空调的最高压力是150psi。其他特定的材料也可能更好地传导热量。

  其他科学家已经研究了使用塑料晶体或形状记忆合金作为潜在的固态制冷剂。随着更多的工作,这类新材料可以帮助使冷却设备更加环保。

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    飞盛化工-化学品专家