固體制冷劑，冰箱新潮流

盛詞

傳統(tǒng)冰箱遇瓶頸

冰箱現(xiàn)在是每家每戶最常見的家用電器之一，而在20世紀(jì)80年代的中國(guó)，電冰箱還是象征生活富裕的“四大件”之一，可見冰箱在我們的日常生活中是非常重要的，但就像汽車一樣，冰箱在帶給人們方便的同時(shí)，它們對(duì)環(huán)境的影響也不可忽略。

傳統(tǒng)冰箱的工作原理叫做蒸汽壓縮，冰箱管道里的制冷劑液體吸收儲(chǔ)存的食物產(chǎn)生的熱量，變成氣體，氣體進(jìn)入冰箱內(nèi)的壓縮機(jī)放熱降溫成為液體，然后再次進(jìn)入管道中給食物降溫，這樣循環(huán)反復(fù)保持著冰箱內(nèi)部的低溫。可是制冷劑氣體對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響也不容忽視，這些氣體嚴(yán)重破壞了地球的保護(hù)傘——臭氧層，并且加劇了溫室效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一千克的制冷劑對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)相當(dāng)于兩噸二氧化碳。

有沒(méi)有更環(huán)保的制冷劑呢？目前我們想到的主要替代品為碳?xì)浠衔铮鏡134a（四氟乙烷）和R600a（異丁烷）等。但這不過(guò)是一個(gè)過(guò)渡的權(quán)宜之計(jì)，因?yàn)镽134a含氟，仍然對(duì)大氣層有傷害，R600a相對(duì)而言更加環(huán)保，但是它會(huì)排出易燃易爆的氣體，安全性得不到保障。

有沒(méi)有什么好的替代品呢？最近科學(xué)家找到了更好的制冷劑——塑性晶體，一種固體制冷劑。

什么是塑性晶體

組成物質(zhì)的粒子，如原子、分子等，有規(guī)律地排列所形成的固體物質(zhì)我們叫做晶體，晶體具有對(duì)稱的形狀和固定的熔化溫度，比如食鹽、冰塊、金屬等。而塑料內(nèi)部的粒子排列順序是不規(guī)則的，也沒(méi)有固定的熔化溫度，加熱到一定程度后，塑料會(huì)一直熔化，所以塑料不屬于晶體。

但有一種材料既有晶體的特性，也有塑料的特性，被稱為“塑性晶體”。塑性晶體的分子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高度無(wú)序性，即晶格排列不規(guī)則;但是相對(duì)較小的壓力便能誘導(dǎo)這些結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而可在晶體和非晶體之間轉(zhuǎn)換。因此，這些材料是可高度壓縮的，并且具有可逆性，即壓縮后還可再恢復(fù)原狀，這個(gè)性狀我們稱為“塑性”。因?yàn)檫@種新材料具有塑性，所以被命名為塑性晶體，比如中科院的科學(xué)家最近在研究的新戊二醇就是一種塑性晶體材料，這種材料可以作為冰箱的新型固態(tài)制冷劑。

固體制冷新時(shí)代

塑性晶體可做制冷劑的優(yōu)勢(shì)是，當(dāng)塑性晶體在外力的影響下，它內(nèi)部的分子排列會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)它不僅會(huì)改變形狀，還會(huì)產(chǎn)生較大的能量變化，從而改變溫度。傳統(tǒng)冰箱采用的是壓縮機(jī)來(lái)控制壓力，使液態(tài)制冷劑改變形態(tài)和溫度，來(lái)調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)溫度的機(jī)制，塑性晶體就是取代了傳統(tǒng)的液態(tài)制冷劑，起到調(diào)節(jié)溫度的作用。

初始時(shí)，塑性晶體的分子是無(wú)序排列的，它的溫度跟室溫一致。循環(huán)開始，壓縮機(jī)加壓，塑性晶體中的分子從無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變成有序排列，溫度上升。冰箱內(nèi)部的散熱器將塑性晶體的熱量排到外部環(huán)境中，晶體的溫度恢復(fù)到初始值，但是分子排列還是有序的。壓縮機(jī)壓力消失后，晶體分子回到無(wú)序狀態(tài)，這時(shí)候它的溫度大幅度下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于初始溫度，塑性晶體就可以吸收冰箱內(nèi)部食物散發(fā)的熱量，等到晶體和冰箱內(nèi)部溫度一致時(shí)，壓縮機(jī)再次加壓，進(jìn)入下一次循環(huán)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，新戊二醇這種材料的分子排列從有序變成無(wú)序的過(guò)程中，溫度下降的度數(shù)是傳統(tǒng)制冷劑的數(shù)十倍，因此這種固體制冷劑不再需要流動(dòng)也能保持整個(gè)冰箱內(nèi)部的低溫狀態(tài)。

因?yàn)樗苄跃w在整個(gè)制冷過(guò)程都是固體狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生破壞大氣層、造成溫室效應(yīng)的氣體，而且使用時(shí)也不會(huì)受到高壓氣體的威脅，不需要密集的蒸汽密封管道系統(tǒng)，新型冰箱可以制造成任何形狀，冷卻系統(tǒng)甚至可以縮小成單個(gè)微芯片，這大大提高了冰箱的便攜程度。不過(guò)依賴塑性晶體制冷還有一個(gè)問(wèn)題需要解決，與傳統(tǒng)冰箱比起來(lái)，塑性晶體需要更大的外力來(lái)改變分子狀態(tài)，這意味著需要消耗更多的能源。研究者們正在試驗(yàn)更節(jié)能的方法，也許兩三年后我們就可以看到這樣迷你環(huán)保的新冰箱。