科学家们开发了一种更环保的原型设备，有朝一日可以取代现有的空调。

美国的夏天如火如荼，人们正在调低空调的恒温器以抵御炎热。然而，这些和其他冷却装置中的氢氟烃制冷剂是强效温室气体和气候变化的主要驱动因素。今天，科学家们报告了一种原型设备，可以在未来取代现有的“空调”。它使用固体制冷剂来有效地冷却空间，并且更加环保。

研究人员昨天（2022 年 8 月 23 日）在美国化学学会 (ACS) 的秋季会议上展示了他们的结果。ACS 2022 年秋季会议是一场混合会议，将于 8 月 21 日至 25 日以虚拟方式亲自举行，8 月 26 日至 9 月 9 日期间可按需访问。会议有近 11,000 场关于广泛科学主题的演讲。

“仅仅安装或扔掉一个空调是全球变暖的一个巨大驱动因素，”在会议上介绍这项工作的 Adam Slavney 博士说。作为温室气体，这些系统中使用的制冷剂的效力是二氧化碳的数千倍。在处理或处置它们时，它们可能会意外泄漏出系统。

原型冷却系统使用新的固态气压热材料。

理想的解决方案可能是固体制冷剂。与气体不同，固体不会从空调装置泄漏到环境中。一类称为气压材料的固体制冷剂的工作原理与传统的气液冷却系统相似。他们使用压力变化来进行热循环，但在这种情况下，压力会驱动固体到固体的相变。这意味着材料仍然是固体，但内部分子结构发生了变化。

这些压力热量固体材料的关键结构方面是它们包含长而柔韧的分子链，这些分子链通常是松软和无序的。但在压力下，链条变得更加有序和僵硬——这种变化会释放热量。该项目的首席研究员、哈佛大学的 Jarad Mason 博士说，从有序结构转变为松弛结构的过程就像熔化蜡，但不会变成液体。当压力释放时，材料重新吸收热量，完成循环。

然而，气压热系统有一个很大的缺点。也就是说，这些材料中的大多数都需要巨大的压力来驱动热循环。为了产生这些压力，系统需要昂贵的专用设备，这对于现实世界的冷却应用来说并不实用。Mason 和他的团队最近报道了可以在低得多的压力下用作制冷剂的气压材料。他们现在已经证明，这种被称为金属卤化物钙钛矿的制冷剂可以在他们从零开始建造的冷却系统中工作。根据 Slavney 的说法，“我们报告的材料能够在大约 3,000 psi 的压力下循环，这是典型液压系统可以工作的压力。”

研究小组现在已经建造了一个首创的原型，展示了这些新材料在实际冷却系统中的使用。该设备具有三个主要部分。一种是装有固体制冷剂和惰性液体（水或油）的金属管。该装置的另一部分是向液体施加压力的液压活塞。最后，液体有助于将该压力传递给制冷剂，并有助于将热量带入系统。

在解决了几个工程挑战后，该团队表明，气压材料可以作为功能性制冷剂，将压力变化转变为完整的温度变化循环。“我们的系统仍然没有像商业制冷系统那样使用低压力，但我们越来越接近了，”梅森说。据团队所知，这是第一个使用依赖压力变化的固态制冷剂的工作冷却系统。

有了这个设备，研究人员计划测试各种气压材料。“我们真的希望将这台机器用作试验台，以帮助我们找到更好的材料，”斯拉夫尼说，包括在较低压力下工作且导热性能更好的材料。有了最佳材料，科学家们相信固态制冷剂可以成为当前空调和其他冷却技术的可行替代品。

该研究的支持和资金来自哈佛大学材料科学研究与工程中心、哈佛气候变化解决方案基金以及阿诺德和梅布尔贝克曼基金会。