近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等，在塑性超離子導(dǎo)體材料Ag2Te1-xSx中發(fā)現(xiàn)了高能量密度的壓卡效應(yīng)。該材料在單位壓力下表現(xiàn)出的壓卡性能，優(yōu)于目前已知的多數(shù)無(wú)機(jī)壓卡材料。

　　壓卡制冷技術(shù)利用固態(tài)材料在等靜壓作用下的熵變或溫變實(shí)現(xiàn)制冷，不僅環(huán)境友好，理論能效也更高，被視為替代傳統(tǒng)制冷方案的候選技術(shù)之一。但是，當(dāng)前領(lǐng)域研究聚焦材料的質(zhì)量熵變，忽略了體積熵變及其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　有限元模擬證實(shí)，在相同制冷量和等靜壓下，承載容器尺寸的縮小會(huì)增強(qiáng)其抗壓性能，為容器壁厚有效減薄提供可能，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的二次減重。這表明，高能量密度壓卡材料在實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)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(shí)際應(yīng)用。

　　科研人員研發(fā)了新型高密度Ag2Te1-xSx材料。研究發(fā)現(xiàn)，該材料在僅70 MPa的中等驅(qū)動(dòng)壓力下，實(shí)現(xiàn)了0.478 J·cm-3·K-1的可逆體積熵變，刷新了當(dāng)前無(wú)機(jī)壓卡材料的最高紀(jì)錄。其壓卡強(qiáng)度達(dá)6.82 mJ·cm-3·K-1·MPa-1，高于已報(bào)道的無(wú)機(jī)壓卡材料，甚至優(yōu)于新戊二醇等經(jīng)典的有機(jī)龐壓卡材料。

　　該材料呈現(xiàn)出巨大的體積壓卡效應(yīng)，源于壓力誘導(dǎo)的立方相至單斜相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以及相變過(guò)程中銀離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的顯著變化。該材料體系具備較高熱導(dǎo)率，有助于實(shí)現(xiàn)高效熱交換進(jìn)而提升制冷效率；顯示出良好塑性，可加工成1毫米級(jí)小球或0.5毫米以下薄片；經(jīng)過(guò)劇烈塑性變形、熱沖擊循環(huán)及反復(fù)壓力加載/卸載后，其壓卡性能仍保持穩(wěn)定，展現(xiàn)出優(yōu)異的服役可靠性。

　　這一研究明確了能量密度在推動(dòng)壓卡制冷系統(tǒng)小型化與輕量化的作用，并研發(fā)了新型Ag2Te1-xSx固態(tài)壓卡材料，實(shí)現(xiàn)了體積壓卡效應(yīng)、力學(xué)加工性能和熱學(xué)性能的協(xié)同優(yōu)化，為下一代綠色制冷技術(shù)的開發(fā)提供了新的思路與材料平臺(tái)。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

壓力容器重量與體積熵變關(guān)系，Ag2Te的壓卡性能與機(jī)理