由于排放和能耗問題，傳統(tǒng)氣體壓縮制冷技術(shù)備受關(guān)注，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界均在積極尋找解決方案。近年來，固態(tài)相變制冷技術(shù)經(jīng)歷了快速發(fā)展。該技術(shù)基于固體材料中外場(chǎng)誘導(dǎo)的各類相變，并依外場(chǎng)不同可分為磁卡效應(yīng)、電卡效應(yīng)、彈卡效應(yīng)及壓卡效應(yīng)。在相變溫度附近，外場(chǎng)可有效改變相變熱力學(xué)勢(shì)壘和能級(jí)。因此，固態(tài)相變制冷效應(yīng)均出現(xiàn)在相變溫度附近較小的范圍。要實(shí)現(xiàn)較寬溫區(qū)的連續(xù)制冷，需將多個(gè)具有不同相變溫度的材料串聯(lián)形成多級(jí)制冷，如室溫磁卡制冷原型材料稀土釓和龐壓卡制冷原型材料新戊二醇，它們的制冷溫區(qū)分別在293K和315K附近約+/-10K的范圍。

　　近期，中國科學(xué)院金屬研究所研究員李昺和劉培濤團(tuán)隊(duì)在無機(jī)塑晶材料KPF6中首次發(fā)現(xiàn)了全溫區(qū)壓卡效應(yīng)，且單個(gè)材料可覆蓋室溫、液氮、液氫及液氦典型制冷溫區(qū)，這是迄今為止唯一的全溫區(qū)固態(tài)相變制冷材料。

　　無機(jī)塑晶材料KPF6在室溫為面心立方相，PF6八面體呈現(xiàn)了各向同性的隨機(jī)旋轉(zhuǎn)，即隨著溫度降低，分別在257K轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郔I，并在219K轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郔。已有研究表明，在室溫附近施加壓力產(chǎn)生高壓菱方相，從而導(dǎo)致龐壓卡效應(yīng)，且調(diào)控材料顆粒尺寸可在低場(chǎng)下獲得較大的可逆壓卡熵變。在該研究中，研究人員利用自研的壓卡效應(yīng)絕熱溫變測(cè)量裝置，直接測(cè)量了KPF6在室溫至液氮溫區(qū)絕熱溫度變化：250M Pa壓力下，室溫下為12K，77.5K下為2.5K。進(jìn)一步，研究人員綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室原位高壓拉曼散射譜儀和日本J-PARC的高壓中子衍射譜儀，獲得了上百個(gè)溫度-壓力組合條件下的結(jié)構(gòu)信息，繪制了完整的高壓相圖，并通過第一性原理計(jì)算復(fù)現(xiàn)了高壓相變特征。

　　相關(guān)研究成果以All-temperature barocaloric effects at pressure-induced phase transitions為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature?Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院等的支持。

傳統(tǒng)壓卡效應(yīng)與全溫區(qū)壓卡效應(yīng)的比較