中科院的Li Bing等人组成的研发小组与日本原子能研究机构J-PARC中心、日本大阪大学、美国加利福尼亚大学欧文分校（UCI）、上海交通大学、美国佛罗里达州立大学（FSU）、日本物质材料研究机构（NIMS）、日本高亮度光科学研究中心（JASRI）、北京高压科学研究中心（HPSTAR）、澳大利亚核科学和技术组织（ANSTO）以及中国国家同步辐射研究中心（NSRRC）联合研究发现，一些塑晶拥有巨大的压力热效应，可以作为新一代固体制冷剂的候选材料，同时还在原子水平上明确了其功能作用机理。
图1：采用压力热效应的冷却方式模式图
全球目前采用的主流冷却技术是使用气体制冷剂的蒸汽压缩方式。气体制冷剂会导致地球变暖等，环境负荷较大，因此亟需开发一种替代手段。作为较有希望的替代手段，采用基于热效应的固体制冷剂的冷却技术最近数十年备受关注。关于固体制冷剂，研究人员一直着眼于根据磁场和电场的变化产生热效应的物质，但伴随着压力变化而产生的“压力热效应”是所有固体材料都具有的效应，就这一意义而言，压力热效应是最普遍存在的。不过，此前研究的固体材料的热效应都不太大。
图2：塑晶的概念图
a：塑晶的概念图。分子在晶体内有序排列，但在各位置上，分子围绕重心自由旋转。
b：NPG的晶格（低温相）。
研发小组此次确认，名为“塑晶”的物质拥有巨大的压力热效应，在相对较低的压力下，其发热和吸热性能都达到以往的固体制冷剂的10倍左右。
研发小组利用J-PARC的中子束和SPring-8的X射线等进行解析，在原子水平上查明了其作用机理，即通过施加压力，塑晶内的分子和原子由“能在晶格内自由旋转的状态”，相变为“固定在晶格上，仅朝着特定方向振动的状态”，由此产生巨大的压力热效应。
图3：热效应材料的熵变
针对几种塑晶，首先测量了压力熵变。测量发现，塑晶显示出高达以往的热效应材料10倍左右的巨大熵变。
这种巨大的压力热效应有望用于新一代冷却技术。此次的研究在原子水平上明确了塑晶产生巨大压力热效应的机理，这是一项非常重要的成果，有助于开发新的冷却技术，比如探索能产生更大压力热效应的材料等。
相关论文已于2019年3月28日发表在英国科学期刊《自然》（Nature）上。（日文发布全文）
文 JST客观日本编辑部
