图 溶解压卡效应的原理与特点。a. 制冷循环示意图；b. 溶液温度-浓度相图以及对应于图a的循环过程；c. 不同材料的换热流体温降数据对比；d. 溶解压卡效应与固体压卡效应和气体压缩制冷技术的优势对比。
在国家自然科学基金青年科学基金项目（A类）（批准号: 52425107）等资助下，中国科学院金属研究所李昺研究员与合作者在压卡制冷领域取得新进展。相关研究成果以“溶解过程的极端压卡效应（Extreme barocaloric effect at dissolution）”为题，于2026年1月22日发表于《Nature》杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-10013-1。
制冷技术是人类现代文明的重要基石之一，在工农业生产与日常生活中均起到了至关重要的作用。近年来，基于固体相变的制冷技术因无气体排放而受到广泛关注。然而固态相变制冷技术仍然存在一个突出的内禀难题：与气体压缩制冷技术中气体工质的传质传热不同，固体只能通过热传导传热，固体制冷工质与换热器之间必须采用流体来间接换热，界面热阻的存在使得系统制冷效率与大功率应用受限。因此，能否实现兼容低碳、大冷量与高换热效率的制冷技术，成为制冷材料领域的关键问题。
NH4SCN固体在水中高度可溶而强烈吸热，对于接近饱和的60 wt% 溶液室温溶解可在20秒内完成，产生30 K温降。该温降随着环境温度的升高快速升高，在环境温度为345 K时达到了54 K。研究团队利用自研的高压温变测量装置测试了压力循环过程中的原位温变，在600 MPa压力下获得了26.8 K的温降。这一温降数值明显优于已知的固态相变制冷材料。团队运用原位同步辐射X射线衍射、拉曼散射和显微观察，揭示了溶解压卡效应的物理根源是压力显著降低溶解度；还发现该过程具有可逆、响应迅速等优点。团队基于溶解压卡效应冷量大与流体换热的特性，设计了类卡诺制冷循环。如图所示，该循环包括四个阶段：对溶液绝热加压，溶质析出，溶液温度升高；保持压力，利用循环泵使溶液流动，在热端换热器将热量等温耗散至环境；关闭循环泵，绝热卸载压力，溶质开始快速再溶解，溶液温度降低；将低温溶液泵送至冷端换热器，从热源等温吸热，达到制冷目的。计算表明单个制冷循环的冷量和效率分别达到了67 J g-1和77%。
该技术大冷量与流体换热的优势，使其在大功率算力中心的热管理方面具有良好的应用前景；同时，相比于传统相变制冷原理，该工作利用溶解热的思路也为未来寻找新型制冷原理提供了启示。