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今夏全球酷熱難耐，空調(diào)的使用量劇增。但空調(diào)中的氫氟烴制冷劑是強效的溫室氣體，也是氣候變化的主要驅(qū)動力之一。研究人員在美國化學(xué)學(xué)會的秋季會議上報告了一種有朝一日可取代現(xiàn)有“空調(diào)”的原型設(shè)備。它更加環(huán)保，并使用固體制冷劑來有效地冷卻。
現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中使用的制冷劑造成的溫室效應(yīng)比二氧化碳強數(shù)千倍，并且在處理或處置時可能會意外泄漏。傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)，通過使制冷劑在氣體或液體之間循環(huán)來工作。盡管這個循環(huán)是有效的，但對氣候變化的擔(dān)憂和對氫氟烴制冷劑更嚴(yán)格的監(jiān)管正在促使人們尋找對環(huán)境更負責(zé)任的制冷劑。
固體制冷劑被認為是一個理想的解決方案。與氣體不同，固體不會從空調(diào)裝置泄漏到環(huán)境中。一種固體制冷劑的工作原理與傳統(tǒng)氣液冷卻系統(tǒng)相似，其使用壓力變化來進行熱循環(huán)，材料仍是固體，但內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。研究人員稱，分子鏈從有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗沙诮Y(jié)構(gòu)的過程就像熔化蠟，當(dāng)壓力釋放時，材料重新吸收熱量，完成循環(huán)。
然而，這種系統(tǒng)的缺點是需要昂貴的專用設(shè)備，這對于現(xiàn)實世界的冷卻應(yīng)用來說并不實用。哈佛大學(xué)研究團隊報告了一種可在低得多的壓力下用作制冷劑的氣壓材料。這種被稱為金屬鹵化物鈣鈦礦的制冷劑，能在大約每平方英寸2722公斤的壓力下循環(huán)，是典型液壓系統(tǒng)可工作的壓力。
該團隊已建造了首個原型，展示了這些新材料在實際冷卻系統(tǒng)中的使用。該設(shè)備具有3個主要部分。一部分是裝有固體制冷劑和惰性液體（水或油）的金屬管；該裝置的另一部分是向液體施加壓力的液壓活塞；最后，液體有助于將該壓力傳遞給制冷劑，并有助于將熱量帶入系統(tǒng)。
在解決了工程挑戰(zhàn)后，該團隊表明，氣壓材料可作為功能性制冷劑，將壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾臏囟茸兓h(huán)。這是第一個使用依賴壓力變化的固態(tài)制冷劑工作的冷卻系統(tǒng)，表明固態(tài)制冷劑可成為當(dāng)前空調(diào)和其他冷卻裝置的可行替代品。
【總編輯圈點】
天氣熱，用空調(diào)，空調(diào)排放的溫室氣體，又會加劇天氣的炎熱，形成難解的循環(huán)。有統(tǒng)計顯示，到2050年，室內(nèi)空調(diào)達到45億臺。科研人員提出了固體制冷劑的想法，在溫度變化時，其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但仍然是固體的狀態(tài)。這種固體制冷劑需要巨大的壓力來驅(qū)動熱循環(huán)，產(chǎn)生壓力的設(shè)備成本高昂，難以大規(guī)模推廣，更無法對傳統(tǒng)制冷劑進行替代。本文報告的新型材料，則可以在更低的壓力下充當(dāng)制冷劑，為新的綠色制冷材料的應(yīng)用開辟了道路。
來源：科技日報
