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學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，但對氣候變化的擔憂和對氫氟烴制冷劑更嚴格的監(jiān)管正在促使人們尋找對環(huán)境更負責任的制冷劑。
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)部分子結構發(fā)生了變化。研究人員稱，分子鏈從有序結構轉變?yōu)樗沙诮Y構的過程就像熔化蠟，當壓力釋放時，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備，這對于現(xiàn)實世界的冷卻應用來說并不實用。哈佛大學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，其分子結構發(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制冷劑，為新的綠色制冷材料的應用開辟了道路。
來源：科技日報
