日前，第十七屆中國青年科技獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)儀式在浙江溫州舉行，中國科學(xué)院金屬研究所李昺研究員作為100名獲獎(jiǎng)人中的一員參加了頒獎(jiǎng)儀式。

李昺主要從事磁卡制冷材料、壓卡制冷材料、零碳制冷技術(shù)和可控儲(chǔ)熱技術(shù)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研發(fā)。李昺從事的研究工作，用他的話來講，就是尋找新的材料實(shí)現(xiàn)高效綠色制冷與儲(chǔ)熱。

制冷技術(shù)起源于1900年前后發(fā)明的氣體壓縮制冷，其已構(gòu)成了人類現(xiàn)代文明的重要基石。然而，面對(duì)日益嚴(yán)峻的排放與能耗問題，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界均在積極尋求替代方案?；诠腆w材料磁卡、壓卡效應(yīng)的固態(tài)相變制冷技術(shù)則應(yīng)運(yùn)而生，固體制冷劑相比于液態(tài)制冷劑將實(shí)現(xiàn)更少甚至無碳排放。然而長期以來，該類材料的性能與液態(tài)制冷劑相比存在巨大差距，成為限制該技術(shù)走向應(yīng)用的瓶頸之一。

經(jīng)過多年系統(tǒng)深入的研究工作，李昺最終發(fā)現(xiàn)在一系列塑晶材料中等溫熵變最高可達(dá)687 J kg-1K-1，這類材料較傳統(tǒng)固態(tài)相變制冷材料提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，且明顯高于目前大量使用的商業(yè)液體制冷劑R134a（約520 J kg-1K-1）。而熵變值越大意味著材料越不穩(wěn)定，在制冷過程中吸收的熱量越大，制冷效果越好。

以塑晶材料中的新戊二醇（C5H12O2）為例，李昺利用現(xiàn)代大科學(xué)裝置表征技術(shù)，揭示出其獨(dú)特的制冷效應(yīng)來源于全新物理機(jī)制，即巨大的分子取向無序?qū)е铝斯虘B(tài)相變處的熵變比熔化熵還大，無序自由度在系統(tǒng)總自由度的占比接近維持固體剛性的極限；分子間的弱相互作用導(dǎo)致極大的壓縮性，微小壓力即可驅(qū)動(dòng)相變；強(qiáng)烈的晶格非諧性使得晶格的壓力效應(yīng)得以轉(zhuǎn)化為熵變。李昺將這一發(fā)現(xiàn)命名為“龐壓卡效應(yīng)”。

當(dāng)問起為什么要在壓卡效應(yīng)前加“龐”字時(shí)，李昺說，“‘龐’字是從英文colossal翻譯過來的，意為非常大。” “龐壓卡效應(yīng)就是指用更小的壓力帶來更大的熱量變化，我們希望找到的這類材料是制冷效果極佳的一種材料。”

為了實(shí)現(xiàn)龐壓卡效應(yīng)的制冷應(yīng)用，李昺進(jìn)行了大量材料設(shè)計(jì)篩選工作，最終綜合性能優(yōu)異的碳硼烷和NH4I兩類材料脫穎而出。他以此為制冷介質(zhì)，研制了首個(gè)壓卡制冷樣機(jī)。熱工模擬表明經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)之后，溫度由300 K降至290 K，遠(yuǎn)超其他固態(tài)制冷材料的降溫效果，這意味著龐壓卡材料走向器件應(yīng)用的前景越來越明朗。

冷和熱是一對(duì)矛盾，李昺在尋找高效制冷材料的同時(shí)，也在積極研究如何將產(chǎn)生的熱能更加有效的回收利用。在科研研究中，李昺將“制冷”與“控?zé)帷辈牧系难芯客昝赖亟Y(jié)合。

據(jù)國際能源署的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，初級(jí)能源有約31%用來生產(chǎn)熱能，而其它能源利用過程又有28%的初級(jí)能源以熱的形式被浪費(fèi)，而熱能的生產(chǎn)則直接貢獻(xiàn)了30%的碳排放。因此如果將浪費(fèi)的熱能加以回收并利用，不但可以減少能源消耗，同時(shí)可以降低碳排放。

李昺在制冷與控?zé)岬难芯恐袠反瞬黄５卮┧笾Ｗ罱K，他利用玻璃晶體材料發(fā)明了壓力可控儲(chǔ)熱技術(shù)。他發(fā)明的材料與80℃余熱熱源接觸，吸收熱量后再將其放回到室溫，無需任何隔熱條件所吸收的熱量即可穩(wěn)定保存。需要釋放熱能時(shí)，只要對(duì)該材料施加微小的壓力，即可立刻釋放出所儲(chǔ)存的熱量，20秒內(nèi)溫度升高近48度，每1克材料就能釋放大約150焦耳能量。這種神奇的技術(shù)解決了熱能長時(shí)存儲(chǔ)和可控釋放的難題，未來將在數(shù)據(jù)中心、大型工業(yè)流程、熱電廠等場景具有廣闊的應(yīng)用前景。

截止目前，李昺已累計(jì)在Nature、Nature Materials、Nature Communications等國際主流學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，獲得授權(quán)專利5項(xiàng)。受邀在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)會(huì)議作大會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告3次，分會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告20余次。

李昺表示，隨著我國“雙碳”目標(biāo)的落實(shí)，相信他所研究的制冷和控?zé)岵牧蠈⒕哂懈訌V闊的前景。他表示在未來的科研工作中，將加快推進(jìn)由新原理到新技術(shù)的跨越，逐步提高技術(shù)成熟度，爭取早日實(shí)現(xiàn)零碳制冷技術(shù)和壓力可控儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用；同時(shí)積極探索基于龐壓卡效應(yīng)的新效應(yīng)、新性質(zhì)，為培育變革性新技術(shù)做好理論儲(chǔ)備，最終為碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)自己的力量。

（中國日?qǐng)?bào)遼寧記者站）

來源：中國日?qǐng)?bào)網(wǎng)