Technique du froid a joué un rôle vital dans la société d'aujourd'hui de nombreux domaines de la production industrielle et agricole et la vie quotidienne, les statistiques des Nations Unies montrent que 25-30% de l'électricité mondiale annuelle est utilisé pour une grande variété d'applications de réfrigération. La plupart de ces applications reposent sur la technologie de réfrigération traditionnelle de compression de gaz, l'environnement et l'utilisation généralisée des réfrigérants nocifs. Par conséquent, la recherche au vert, respectueux de l'environnement, des solutions de refroidissement alternatives de faible puissance sont devenus la direction universitaire et l'industrie à travailler ensemble.
Ces dernières années, la technique de refroidissement de l'état solide à base de changement de phase solide effet thermique (effets caloriques) est considéré comme le plus prometteur du gaz réfrigérant comprimé pour remplacer les solutions techniques traditionnelles. changement de phase solide effet thermique inclut l'effet magnétocalorique (effet magnétocalorique, MCE), l'effet électrique de la carte (effet électrocalorique, CEE), cartes à jouer effet (effet elastocaloric, Ece) et l'effet de la carte de pression (effet barocaloric, BCE). Les trois premiers sont dérivées à partir du champ correspondant de la régulation du degré de commande de système en fer (en matériau ferroïque) moment magnétique, ou la structure des domaines de polarisation ferroélectrique de cristaux, ceux-ci sont souvent dirigés vers une transition de phase induite par la pression de la structure cristalline. propriétés de transformation en phase solide essentiellement par entropie isotherme du matériau réfrigérant devient décrits. Le cycle de réfrigération à effet de carte de pression solide, comme représenté sur la Fig. Suivez ce qui précède la compréhension physique, après plusieurs décennies de développement, le matériel grand public de réfrigération d'entropie isotherme de changement de phase à l'état solide devient augmentée à environ 50 J kg-1K-1, et a besoin d'un grand terrain, ce qui est un obstacle à la technologie à l'application. Par conséquent, la façon d'améliorer les performances de refroidissement de changement de phase à l'état solide est devenu un sujet de recherche importance à la fois physique et de la valeur de l'application.
Institut des matériaux fonctionnels du dispositif chercheur métal et Bing Li, LIQUID, équipe composée Ren Weijun ont découvert une carte de compression de l'effet de la commande d'orientation moléculaire, sur la base d'une série de matériau de cristal plastique organique isotherme est appelé (cristaux plastiques) dans la entropie changer jusqu'à 687 J kg-1 K-1, par rapport à la matière à changement de phase solide classique est supérieur au un ordre de grandeur de réfrigération (Figure 2). Le plastique est une classe de matériau solide cristallin hautement désordonnés, l'orientation moléculaire d'une unité de structure organique ou inorganique est complètement aléatoire, mais elle constitue une position centroïde de la longue distance commandé treillis. Dans ces systèmes, la pression d'entraînement nécessaire est très faible, et la matière est très pas cher et a perspective attrayante. Sélectionner le néopentylglycol (nom anglais: néopentylglycol, en abrégé NPG; formule moléculaire: C5H12O2; nom IUPAC 2,2-diméthylpropane-1,3-diol) comme matériau de modèle, l'utilisation de la technologie de mesure à chaud à haute pression, les techniques de diffusion de neutrons à haute pression, haute pression synchrotron technologie de diffraction des rayons X, décrit un mécanisme physique profond effet d'une carte Pang pression matériau de cristal plastique apparaissent. L'étude publiée dans « Nature » (Nature567, 506 (2019)), indépendant du premier auteur et auteur du texte de Li Bing. Le même journal a également publié un bref commentaire de « réfrigération à base de cristaux plastiques » pour expliquer la signification et l'importance du travail.
Les chercheurs de l'Université d'Osaka et métal professeur associé coopération Takeshi Sugahara avec microcalorimétrie haute pression NPG mesuré le changement d'entropie isotherme dans des conditions de pression élevée trouvée à la pression 45.0MPa a atteint le maximum d'entropie --389 J kg-1K 1, et à 15,2 MPa au maximum de la moitié a été atteinte (Fig. 3b). La pression de conduite que l'effet de la carte de presse traditionnelle est beaucoup plus faible matériau, présente des avantages évidents d'application. Ensuite, la principale source de rayonnement synchrotron japonais avec l'aide du Dr SPring-8 Saori I. Kawaguchi, Shogo Kawaguchi, Koji Ohara, Chen Yannuo Professeur Osami Sakata, et ont été réalisées en haute résolution synchrotron spectromètre à rayons X et BL04B2 spectromètre BL02B2 diffraction et haute pression synchrotron mesure de diffraction des rayons X, la pression d'entraînement peut trouver la transition de phase du matériau désordre à l'ordre (Fig. 3c). Le plus critique est la spallation japonaise Neutron Source (J-PARC) Kenji Nakajima, directeur de la science des neutrons, Yukinobu Kawakita, directeur adjoint, le Dr Seiko Kawamura, Takanori Hattori et le soutien complet de Tatsuya Kikuchi et sous la coordination du multipartisme, brisant de nombreuses difficultés techniques , réalisé avec succès en une haute pression très courte ultra-haute précision de mesure quasi-élastique de la diffusion des neutrons. chambre d'échantillon à haute pression de la plus grande durée de neutrons à froid de la résolution en énergie du monde du spectromètre de vol Amateras conception spéciale et le traitement, l'échantillon obtenu NPG spectres de diffusion de neutrons quasi-élastique sous haute pression, directement à partir du niveau atomique pour révéler l'orientation moléculaire de la pression inhibition est la cause essentielle de l'effet trouble de la carte Pang de pression (figure 3d -. g). Ce résultat expérimental est confirmé par de la dynamique moléculaire Shangchao Lin, professeur adjoint de résultats du groupe de l'Université Florida State Amérique (fig. 3 h, i). Tout en travaillant avec le Dr Organisation australienne des sciences et techniques nucléaires (ANSTO) Dehong Yu, Richard Mole, une dynamique de réseau complet des données sur le temps de vol spectromètre PELICAN, nous avons trouvé une forte caractéristiques non-harmoniques.
Avec la puissante capacité de grand dispositif d'expérience scientifique, l'équipe de recherche a établi avec succès un effet de mécanisme physique de la carte de presse Pang, du point de vue de la nature de la source a confirmé la découverte des effets de carte de pression Pang. Cet état cristallin particulier en matière plastique de celui-ci, et à la fois les caractéristiques de cristaux liquides. trouble grande d'alignement moléculaire conduit à l'entropie à une transformation en phase solide devient supérieure à l'entropie de fusion, la proportion globale de degré de liberté désordonnée de système de liberté se rapproche des limites de maintien d'un solide rigide, des résultats d'interaction intermoléculaire faible dans significative compressibilité faible pression pour entraîner un changement de phase; fort effet de pression treillis anharmonique est telle que le treillis en changement d'entropie. L'étude a rapporté ces matières organiques nécessaires à la pression d'entraînement est faible, à faible coût, avec une valeur significative. En même temps, l'introduction des matériaux à changement de phase solide de plastique cristal champ de recherche de réfrigération, va grandement enrichir la matière solide de changement de phase des systèmes de refroidissement recherche et offre la possibilité de trouver un matériau plus excellentes performances de conception.
Impliqué dans ce travail, ainsi que Taiwan Synchrotron Radiation Research Center dans les membres de l'équipe de l'ANSTO Shin-Ichiro Yano, Ph.D., Université de Californie, Irvine, Wang Hui, Beijing haute pression Sciences Centre de recherche chercheur Li large et ainsi de suite. Lorsque le travail a été Académie chinoise des sciences « Cent Talents du programme », financé par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (11804346,51671192,51531008), a également été J-PARC (2018AU1401,2018B0014), de grandes machines scientifiques SPring-8 (2018B1095,2018A2061) et l'ANSTO soutenir.
Matériau à effet de carte de réfrigération. La figure 1, une vue schématique du cycle de pression
matériau de cristal plastique comparative du travail rapporté dans. la figure 2 et le matériau de transformation en phase solide traditionnelle actuelle changement d'entropie maximale isotherme réfrigérant. Dans lequel les matières à cristaux plastiques sont les suivants: néopentylglycol (NPG), pentaglycerin (PG), le pentaérythritol (PE), le 2-amino-2-méthyl-1,3-propanediol (AMP), le tris (hydroxyméthyl) aminométhane (TRIS), 2 -méthyl-2-nitro-1-propanol (MNP), 2-nitro-2-méthyl-1,3-propanediol (NMP).
3 PVT représentative matériau de cristal plastique de NPG. (A) une forte pression en utilisant la température déterminée par microcalorimétrie - diagramme de phases de pression, (b) de changement de contrainte induite par le changement d'entropie avec la température; (c) de diffraction des rayons X synchrotron à haute pression, (d - g) sous pression atmosphérique et à 286MPa les données de diffusion inélastique de neutrons pour différents l'énergie des neutrons incidents, résultat de la simulation de dynamique moléculaire (h, i) et la pression atmosphérique sous 200MPa.
Source: Institut de recherche sur les métaux
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