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新型制冷技术!北航教师创新成果在Nature Reviews Materials发表

浏览量:时间:2022-04-02

2022年3月29日,《Nature Reviews Materials》期刊报道了北京航空航天大学侯慧龙(Huilong HOU)副教授在固态相变制冷领域取得的新进展。该期刊的影响因子为IF=66.308,在全球物质类(材料、化学、物理、工程、机械等)研究期刊的影响因子排名中,排名第一。该项工作是北航中法合作办学科研团队在基础研究方面取得的新突破!


论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41578-022-00428-x


什么是固态相变制冷技术?

固态相变制冷技术,是一种兼具绿色(零温室效应潜能)和高效(卡诺循环效率50%以上)的新型制冷手段,其基本原理是基于固体材料内禀序参量在外场源下的可逆改变引起材料的吸/放热效应,经热力学循环,实现制冷。该技术拥有绿色环保、节能高效、低噪稳定等诸多优点,具有巨大的市场经济价值与社会环保意义,有助于解决传统氟利昂制冷引发的环境问题(强温室效应),助力实现碳达峰碳中和目标。同时,该技术通过显著提高制冷效率,缓解全球能源供应日益紧张的局面,在航空航天、空间探测等领域也有望起到关键性支撑作用,具有重要应用前景。


研究工作进展和意义

侯慧龙副教授及其长期合作者在梳理和归纳了单场以及多场转换与调控固态相变制冷技术的基础上,从材料、物理、系统三个层次进行了原创性的研究工作,实现了场致熵变的联合增效,建立了相变制冷材料的延寿准则,完善了多场功-能转换器件的评价体系(下图)。

该工作不仅是对单场致效应的归纳与补充,而且丰富和拓宽了多场作用下制冷材料与器件的种类及概念范畴。上述工作得到了国家自然科学基金委员会、北京航空航天大学青年拔尖人才支持计划等资助。

Fig. 2

图1固态相变制冷多场响应材料与器件设计。根据材料类型(单相材料或复合相材料)以及外场个数(单个或多个),(a)可归类固态相变制冷类型。针对(b)单相材料和(c)复合相材料的磁热、电热和力热效应,细分单场致效应和多场致效应之间的关系。(d)多场响应材料与器件的分类设计。


侯慧龙 副教授

Prof. Huilong HOU

·北京航空航天大学航空科学与工程学院

2015年于美国宾夕法尼亚州立大学获得博士学位;2016–2019年在美国马里兰大学从事博士后研究工作。曾获2020中国十大新锐科技人物。代表性研究成果发表在Science、Nature Communications等国际期刊上。担任国际相变制冷会议科学委员会委员、北京新曦颠覆性技术创新基金会技术专家等。

侯慧龙副教授自2020年8月起参与北航中法合作办学筹建工作,主要负责智能飞行器承载冷却一体化教学科研平台的建设,并持续推进固态相变制冷技术的基础研究和应用布局。国际竞相争夺空间优势,促使着空天科技的发展,而新型主动制冷技术与轻质承载结构的结合是事关航空航天飞行器与空间探测器综合智能化的关键共性技术。承载结构与主动制冷功能一体化是潜在的颠覆性技术,有望引领飞行器智能技术的原始性创新,具有极其重要的空天应用价值与产业经济意义。