一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用，属于固态制冷技术领域。将无机塑晶材料NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6作为固态制冷中的制冷工质，在静压驱动下发生无序塑晶相到有序晶体相的转变，从而实现制冷效果；所述NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6无机塑晶材料作为制冷工质时，施加的驱动压力为15MPa～100MPa，制冷区间为240～320K。本发明专利技术对KPF6和NaPF6进行绝热温变测试，验证具有压热效应的无机塑晶材料在卸载压力时发生吸热相变，在施加压力时发生放热相变，压力能够有效控制相变的吸放热过程，为其在实际应用中提供实验理论基础。为其在实际应用中提供实验理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用


[0001]本专利技术涉及固态制冷
，具体涉及一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用。

技术介绍

[0002]20世纪初以来，气体压缩制冷技术已被广泛应用于空调、冰箱等民用设备以及大型工业产品。然而，随着人们环保和节能意识的不断提高，该技术的缺点逐步为大众和制冷业界所关注。传统的气体压缩制冷技术早期大量使用破坏臭氧层的氯氟碳化物(CFC)、氢氯氟碳化物(HCFC)类制冷剂，而其替代物全氟化碳(FC)及氢氟碳化物(HFC)类制冷剂普遍具有较高的温室效应，卤代烃类制冷剂则具有易燃性、高全球暖化潜势(GWP)和高毒性。同时，全球每年消耗在制冷方面的能源占比达到了近10％，如果能有效降低制冷技术的能耗，势必会大幅缓解全球能源供应压力。为了应对问题，亟需研发环境友好、高效节能的新型制冷技术。
[0003]在这样的大背景下，基于磁性材料的磁热效应(即绝热退磁降温，如CN103137281A、CN102093850A)，铁电材料的电热效应(即绝热退极化降温，如CN105753471A、CN107726662A)，铁弹性材料的弹热效应(即绝热卸载单轴应力降温如CN102778075A)的铁性固态制冷方式备受关注。以上制冷原理均依赖于固体的铁性性质，材料体系的选择具有一定的局限性。然而，固态的压卡效应(Barocaloric effect)则是利用静压力的调控来实现制冷，因为静压力对材料自由能的普适调控作用，而具有铁性制冷所不能比拟的广泛性。更重要的，压卡效应制冷循环有可能和现有的气体压缩制冷循环设备相兼容，在大规模应用方面有明显的成本优势。
[0004]在某些磁性材料的磁相变点，巨大的磁
‑
弹性耦合使得加压即可诱导磁相变的发生，从而获得熵变，如在FeRh合金和NiMnIn合金中，100MPa时熵变大致为10J kg
‑1K
‑1。在杂化钙钛矿材料[TPrA][Mn(dca)3]中得到了类似大小的熵变(CN107418517A)。这样的数值离实际应用尚有较大的距离，因此必须寻找新的制冷工质材料，来大幅提高固态压卡效应制冷能力。

技术实现思路

[0005]为了克服上述制冷应用中的问题，本专利技术的目的在于提供一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用。
[0006]为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用，将无机塑晶材料作为固态制冷中的制冷工质，基于压热效应实现制冷效果；所述无机塑晶材料为NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6中的一种或几种。
[0008]所述NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6无机塑晶材料为具有结构单元取向有序
‑
无序转变的无机晶体，在静压驱动下发生无序塑晶相到有序晶体相的转变。
[0009]所述NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6无机塑晶材料作为制冷工质时，施加的驱动压力为15MPa～100MPa，制冷区间为240～320K。
[0010]所述KPF6作为制冷工质时，施加的驱动压力为15MPa～90MPa，受静压驱动的相变等温熵变为53～146.8J kg
‑1K
‑1，且相变等温熵变值随驱动压力的增大而变大。所述KPF6的制冷区间为248～313K。
[0011]所述KPF6在静压为90MPa时，其受静压驱动的相变等温熵变为146.8J kg
‑1K
‑1。
[0012]所述NaPF6作为制冷工质时，施加的驱动压力为20MPa～100MPa，受静压驱动的相变等温熵变32.6～39.1J kg
‑1K
‑1，且相变等温熵变值随驱动压力的增大而变大。所述NaPF6的制冷区间为270～320K。
[0013]所述NaPF6在静压为100MPa时，其受静压驱动的相变等温熵变为39.1J kg
‑1K
‑1。
[0014]所述NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6无机塑晶材料的相变热滞后较小，最小可至2K。
[0015]本专利技术的优点和有益效果如下：
[0016]1、本专利技术以无机塑晶材料NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6作为制冷工质，其中KPF6制冷阶段发生在卸压过程，在266K时发生结构单元有序到取向无序相变。在卸载压力仅为90MPa时就能实现146.8J kg
‑1K
‑1的等温熵变，从而对负载实行有效制冷。NaPF6制冷阶段也发生在卸压过程，在288K时发生结构单元有序到取向无序相变。在卸载压力仅为100MPa时就能实现39.1J kg
‑1K
‑1的等温熵变，从而对负载实行有效制冷。
[0017]2、本专利技术制冷工质应用过程中无温室气体排放，为保护环境提供新的有效制冷途径。该材料在高压下的相与低压下的相不同，因此可以实现材料在大温区范围内的压力制冷，从而拓宽压力制冷的温度范围。
附图说明
[0018]图1为KPF6加压情况下固态相变前后的晶体结构；其中：(a)低压相,为室温加压前的相；(b)高压相，为室温加压后的相。
[0019]图2为KPF6在不同温度及不同压力下的拉曼谱；其中：(a)193K；(b)243K；(c)293K。
[0020]图3为KPF6在压力为0～90MPa范围内的热流曲线；其中：(a)加热过程；(b)冷却过程。
[0021]图4为KPF6在压力为0～90MPa范围内的压热效应；其中：(a)加热过程；(b)冷却过程。
[0022]图5为KPF6实际测试的绝热温变；
[0023]图6为基于无机塑晶的压缩制冷循环(在绝热条件下，对温度为T0、压力为P0的塑晶材料施加压力P1，使其温度升高至T1；保持压力P1，将无机塑晶材料和环境相接触，传热至环境从而使温度与环境达成平衡；在绝热条件下，使无机塑晶材料的压力降至P0，同时温度降至T3；将无机塑晶材料与负载相接触，无机塑晶材料从负载吸热达到降温目的)；
[0024]图7为NaPF6在压力为0～100MPa范围内的压热效应；
[0025]图8为NaPF6实际测试的绝热温变；
具体实施方式
[0026]为了进一步理解本专利技术，以下结合实例对本专利技术进行描述，但实例仅为对本专利技术
的特点和优点做进一步阐述，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0027]实施例1
[0028]KPF6无机塑晶材料的制冷应用：
[0029]KPF6在加压时发生F原子八面体结构单元取向有序到无序的结构相变，其晶体结构如图1所示，在300K时，F原子八面体结构单元在低压时是取向无序的立方相，而在高压时是取向有序的三方相。从高压取向有序相变为低压取向无序相时发生吸热效应。从图2可以看出，加压300MPa及以上时，200
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300K温度范围内的KPF6结构全变成三方相。将制冷工质KPF6放入μDSC7(法国塞塔拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机塑晶材料在固态制冷中的应用，其特征在于：将无机塑晶材料作为固态制冷中的制冷工质，基于压热效应实现制冷效果；所述无机塑晶材料为NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的无机塑晶材料在固态制冷中的应用，其特征在于：所述NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6无机塑晶材料为具有结构单元取向有序
‑
无序转变的无机晶体，在静压驱动下发生无序塑晶相到有序晶体相的转变。3.根据权利要求1所述的无机塑晶材料在固态制冷中的应用，其特征在于：所述NaPF6、KPF6、NaSbF6和KSbF6无机塑晶材料作为制冷工质时，施加的驱动压力为15MPa～100MPa，制冷区间为240～320K。4.根据权利要求3所述的无机塑晶材料在固态制冷中的应用，其特征在于：所述KPF6作为制冷工质时，施加的驱动压力为15MPa～90MPa，受静压驱动的相变等温熵变为53～146.8J kg
‑1K
‑1，且相变等温熵变值随驱动压力的增大而变大。5.根据权利要求4所述的无机塑晶材料在固...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昺，张召，张志东，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：