5月8日，上海交通大學機械與動力工程學院前瞻交叉研究中心錢小石教授課題組在Nature上發(fā)表“Self-oscillating polymeric refrigerator with high energy efficiency”的論文。研究人員結合弛豫鐵電高分子材料在電場作用下的電致熵變(電卡效應)和電致伸縮效應，設計與制造了“自驅動”的高分子制冷薄膜系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需外加驅動裝置，而是優(yōu)化了高分子制冷工質本身的機電耦合效率，設計了電-機械形變與電卡制冷效應協(xié)同驅動的方法，實現了輕量化、高能效比、高精度和智能化的制冷效果。錢小石教授為論文通訊作者，博士研究生韓東霖和碩士研究生張楹婧為共同第一作者。

巨電卡效應的電卡制冷技術因具有全固態(tài)、高能效、零溫室效應潛能(GWP)及易于小型化、輕量化等理論優(yōu)勢，被國際能源署譽為制冷技術領域的顛覆性前瞻技術之一。在電卡制冷系統(tǒng)中，固態(tài)電卡材料(制冷工質)在電場的加載與卸載下實現間歇性的吸熱與放熱效果，并配合工質在空間位置的移動，實現與熱源和熱沉的交替接觸，從而完成制冷循環(huán)。目前，絕大多數已報道的電卡制冷系統(tǒng)都依賴外置驅動設備(如機械泵、活塞、電機等)，實現制冷工質的機械循環(huán)運動。這些設備往往需要分立的電源，體積、重量遠大于實際系統(tǒng)中的電卡制冷工質。類似的設備一旦部署，如何體現電卡制冷技術在小型化、輕量化方面的優(yōu)勢始終是領域內的一項重要挑戰(zhàn)。

此前，錢小石教授課題組在2021年發(fā)表的Nature論文中已證實，通過高分子鏈內分子修飾的手段，可以大幅提升弛豫鐵電高分子材料在低電場下的熵變性能。這類材料被稱為雙鍵調控高分子(Double-bond Modified Polymer，DMP)。本文中，研究人員通過進一步優(yōu)化各項單體比例，使得目標高分子兼具高“電致熵變”與高“電致伸縮應變”的性能。在66.7 MV/m的電場下，DMP表現出9 K的絕熱溫變和1.9%的面內應變。得益于顯著提升的機-電-熱耦合性能，DMP薄膜無需額外的機械驅動力輸入，在電場作用下同步產生足夠大的空間位移和冷熱變化，僅憑自身本征物理效應即組成了完整的熱力學循環(huán)。

(關鍵字：制冷)