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使用新的固态气压热材料的原型冷却系统。图片来源：亚当·斯拉夫尼
科技日报记者 张梦然
今夏全球酷热难耐，空调的使用量剧增。但空调中的氢氟烃制冷剂是强效的温室气体，也是气候变化的主要驱动力之一。研究人员在美国化学学会的秋季会议上报告了一种有朝一日可取代现有“空调”的原型设备。它更加环保，并使用固体制冷剂来有效地冷却。
现有空调系统中使用的制冷剂造成的温室效应比二氧化碳强数千倍，并且在处理或处置时可能会意外泄漏。传统的制冷系统，通过使制冷剂在气体或液体之间循环来工作。尽管这个循环是有效的，但对气候变化的担忧和对氢氟烃制冷剂更严格的监管正在促使人们寻找对环境更负责任的制冷剂。
固体制冷剂被认为是一个理想的解决方案。与气体不同，固体不会从空调装置泄漏到环境中。一种固体制冷剂的工作原理与传统气液冷却系统相似，其使用压力变化来进行热循环，材料仍是固体，但内部分子结构发生了变化。研究人员称，分子链从有序结构转变为松弛结构的过程就像熔化蜡，当压力释放时，材料重新吸收热量，完成循环。
然而，这种系统的缺点是需要昂贵的专用设备，这对于现实世界的冷却应用来说并不实用。哈佛大学研究团队报告了一种可在低得多的压力下用作制冷剂的气压材料。这种被称为金属卤化物钙钛矿的制冷剂，能在大约每平方英寸2722公斤的压力下循环，是典型液压系统可工作的压力。
该团队已建造了首个原型，展示了这些新材料在实际冷却系统中的使用。该设备具有3个主要部分。一部分是装有固体制冷剂和惰性液体（水或油）的金属管；该装置的另一部分是向液体施加压力的液压活塞；最后，液体有助于将该压力传递给制冷剂，并有助于将热量带入系统。
在解决了工程挑战后，该团队表明，气压材料可作为功能性制冷剂，将压力变化转变为完整的温度变化循环。这是第一个使用依赖压力变化的固态制冷剂工作的冷却系统，表明固态制冷剂可成为当前空调和其他冷却装置的可行替代品。
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天气热，用空调，空调排放的温室气体，又会加剧天气的炎热，形成难解的循环。有统计显示，到2050年，室内空调达到45亿台。科研人员提出了固体制冷剂的想法，在温度变化时，其分子结构发生变化，但仍然是固体的状态。这种固体制冷剂需要巨大的压力来驱动热循环，产生压力的设备成本高昂，难以大规模推广，更无法对传统制冷剂进行替代。本文报告的新型材料，则可以在更低的压力下充当制冷剂，为新的绿色制冷材料的应用开辟了道路。
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