近日，东南大学张小松/赵东亮教授在固态压卡制冷领域取得重要进展。与传统蒸汽压缩式制冷相比，固态制冷技术使用固态制冷剂，具有高效、零碳排放等优势。固态压卡制冷被认为是最具前景的新型制冷技术，但现有压卡固态制冷剂存在制冷温度高、导热系数差以及回弹性能弱的问题，本研究提出了一种协同分子设计与双封装的策略，成功研发了一种可适用于室温下高效制冷的固态压卡制冷剂。该工作以“Synergistic Advancement of Molecular Design and Dual Encapsulation Technology for High-Performance Room-Temperature Barocaloric Refrigeration Materials”为题发表于材料领域国际权威期刊Advanced Functional Materials 上。
本研究首先利用分子设计策略，利用三羟甲基丙烷（TMP）对新戊二醇晶格中单个分子进行替换，借助立体阻碍效应降低了新戊二醇分子间的氢键强度，从而成功将新戊二醇的制冷温度（40℃）调控到室温下可用（11℃）。同时，采用了双封装策略，利用膨胀石墨的多孔特性，通过熔融吸附和压力诱导成功构建了具有高定向导热混合网络的复合压卡材料。同时，该混合网络还赋予了压卡材料极强的机械性能，实现了在快速卸载下的迅速回弹。该工作通过综合调控实现压卡材料各性能之间的均衡，不仅证明了复合压卡材料在实际应用中的潜力，同时也极大地推动了压卡制冷材料工程应用的进展。
图1. 复合压卡材料设计示意图：（a）NPG0.75TMP0.25的分子结构示意图；(b, c) NPG0.75 TMP0.25的RDG分析；（d）复合压卡材料制备流程示意图；（e-i）膨胀石墨、沾附有NPG0.75TMP0.25粉末的膨胀石墨、封装了NPG0.75TMP0.25的膨胀石墨、复合压卡材料断面的SEM图；（j）NPG0.75TMP0.25、EG、PCC-20的FTIR曲线。
东南大学博士研究生戴照峰为第一作者，东南大学为第一通讯单位，东南大学张小松/赵东亮教授，石家庄铁道大学折晓会教授为共同通讯作者，英国皇家工程院院士、英国伯明翰大学丁玉龙教授为共同作者。该工作得到了江苏省科技厅前沿引领技术基础研究专项以及重大科技示范等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307822
供稿：能源与环境学院