[发明专利]含有铵离子的卤族化合物在固态制冷中的应用

说明书

本发明的目的是提供一种含有铵离子的卤族化合物在固态制冷中的应用以及由压力驱动的新型高效固态制冷方法。所述含有铵离子的卤族化合物的特点在于，仅用较小的压力就可以诱发相变，产生巨大的压卡效应，其单位压力驱动相变温度位移高达0.81K min^‑1。其中碘化铵在20MPa的压力下产生了89.07J kg^‑1K^‑1等温熵变，采用该材料进行制冷循环，远远优于其它压卡效应材料体系。

技术领域

本发明属于固态制冷应用领域，具体涉及一种含有铵离子的卤族化合物在固态制冷中的应用。

背景技术

制冷技术的应用已经涉及到人类生活的方方面面，从二十世纪初至今，气体压缩制冷技术已经被广泛的应用于企业的运行、生产、仓储、运输以及空调、冰箱等民用领域。但随着节能减排要求的提出，碳排放逐步被限制，气体压缩制冷技术的弊端逐渐显现，其利用氟利昂、氟化碳、氢氟碳化物等作为制冷工质严重破坏臭氧层且加剧了温室效应，破坏了自然环境。为响应可持续发展的要求，找到一种绿色环保且高效节能的新型制冷技术迫在眉睫。

基于这样的背景，具有绿色节能、高效环保等特征的固态制冷技术走进了人们的视野。目前已经发现的固态制冷技术有磁热制冷、电热制冷、弹热制冷以及压热制冷技术，分别由磁场、电场、单轴应力场以及等静压来驱动材料相变，形成放热吸热循环，达到制冷效果。这些制冷技术吸引了广泛的研究与关注，极有可能替代传统的气体压缩制冷技术。其中压热制冷技术的优势尤为突出，其材料的选用上具有普适性，大量在合适的温区内具有一级相变的材料均可作为压热制冷的工质，利用等静压力对其进行调控，从而达到吸热放热的效果。而且压热制冷循环可同时兼容传统气体压缩机的制冷循环设备，在大规模应用方面具有明显的优势。

且其他三种制冷方式使用材料所具有的本征熵变值仍与实际应用有较大距离，例如利用5T的外磁场来调控La(FeSi)₁₃合金和Gd₅Ge₂Si₂合金中磁相变可获得约20J kg^-1K^-1的熵变，这样的数值以及极高的驱动场难以满足实际应用的需求，只有找到具有更大熵变以及更低驱动场的新型制冷工质，才能改进固态制冷技术的制冷能力。

发明内容

本发明的目的在于利用一类含有铵离子的卤族化合物作为制冷工质，提供一种可使用压力驱动的新型高效的制冷方法。本发明以该卤族化合物为制冷工质，以施加较低压力驱动其完全相变且产生巨大热效应，从而进行固态制冷。

这一类含有氨离子的卤族化合物在发生固体-固体的一级相变时，铵离子单元产生严重取向无序，单元的取向是随机的，其转动的时间尺度在皮秒量级，表现出超快的无序。而这一超快的无序相变则可以产生巨大的热效应，产生巨大熵变，具有极大的相变潜热。同时这一相变为可逆相变，当逆相变发生时可吸收大量热量，从而达到制冷目的，可作为优秀的制冷工质。

所以本发明采用如下技术方案：

一种含有铵离子的卤族化合物在固态制冷中的应用，其特征在于：所述含有铵离子的卤族化合物为NH₄I、NH₄Cl、NH₄Br之一种或多种。

作为优选的技术方案，选用NH₄I(碘化铵，英文名称为Ammonium iodide)作为制冷工质，NH₄I的应用温度区间为268-332K，NH₄I的相变温度对压力具有极高的敏感性，其单位压力可驱动相变温度位移高达0.81K MPa^-1。在静水压力为20MPa时，NH₄I受静压驱动相变的等温熵变为89.07J kg^-1K^-1，特别适合作为制冷工质应用。