近日，中國科學院金屬研究所研究員李昺團隊與合作者首次發現“溶解壓卡效應”，有望同時攻克制冷領域的三大核心挑戰：低碳排放、大制冷量和高換熱效率。相關成果1月22日發表于《自然》，為下一代綠色制冷技術開辟了全新路徑。
制冷技術是現代社會的基石，目前廣泛使用的氣體壓縮制冷技術，雖貢獻了我國約2%的GDP，卻也消耗了近20%的電力，并產生了7.8%的碳排放。為此，研究人員近年來著力開發固態相變制冷材料，然而，固態材料固有的導熱慢、界面熱阻大等缺陷，嚴重制約了其在實際大功率場景中的應用。
金屬所研究團隊在實驗中發現，硫氰酸銨（NH?SCN）的水溶液在壓力變化下表現出驚人的熱效應：加壓時，鹽析出并放熱；卸壓后，鹽迅速溶解并強力吸熱，室溫下溶液溫度可在20秒內驟降近30°C，在高溫環境下降溫幅度更高，遠超已知固態相變材料性能。科研人員將這一現象命名為“溶解壓卡效應”。
李昺告訴《中國科學報》，過去關于制冷技術的研究思維，局限在材料的氣液、固固等的相變范疇。而作者團隊捅破思維局限的“窗戶紙”，來自偶然的發現，但也緣于科研人員的厚積薄發。
李昺課題組在既往實驗中，沖洗殘留有硫氰酸銨固體顆粒的研缽時，好幾次發現手部溫度明顯比水溫低很多。他們沒有就此放過這個“小”發現，而是專門做了測試，結果發現隨著硫氰酸銨溶解、水溶液大量吸熱，水溫可以在幾秒鐘內從二三十度直接降至7~8度，“然后思路一下子打開了”。
該效應的突破性在于將制冷工質與換熱介質合二為一：利用溶液本身流動性實現高效傳熱，同時通過溶解/析出過程提供巨大冷量，從而一舉打破了長期以來困擾制冷領域的低碳-大冷量-高換熱不可能三角關系。
基于此效應，團隊設計出一套高效的四步循環系統：加壓升溫→向環境散熱→卸壓降溫→輸送冷量，單次循環即可實現每克溶液吸收67焦耳熱量，理論效率高達77%，展現出優異的工程應用潛力。
這項研究不僅提供了一種全新的制冷原理，更為發展高效、環保的下一代制冷技術奠定了關鍵科學基礎，在大型數據中心熱管理方面潛力巨大。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-10013-1
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