日前，第十七届中国青年科技奖颁奖仪式在浙江温州举行，中国科学院金属研究所李昺研究员作为100名获奖人中的一员参加了颁奖仪式。
李昺主要从事磁卡制冷材料、压卡制冷材料、零碳制冷技术和可控储热技术的基础研究与应用研发。李昺从事的研究工作，用他的话来讲，就是寻找新的材料实现高效绿色制冷与储热。
制冷技术起源于1900年前后发明的气体压缩制冷，其已构成了人类现代文明的重要基石。然而，面对日益严峻的排放与能耗问题，学术界和工业界均在积极寻求替代方案。基于固体材料磁卡、压卡效应的固态相变制冷技术则应运而生，固体制冷剂相比于液态制冷剂将实现更少甚至无碳排放。然而长期以来，该类材料的性能与液态制冷剂相比存在巨大差距，成为限制该技术走向应用的瓶颈之一。
经过多年系统深入的研究工作，李昺最终发现在一系列塑晶材料中等温熵变最高可达687 J kg-1K-1，这类材料较传统固态相变制冷材料提高一个数量级，且明显高于目前大量使用的商业液体制冷剂R134a（约520 J kg-1K-1）。而熵变值越大意味着材料越不稳定，在制冷过程中吸收的热量越大，制冷效果越好。
以塑晶材料中的新戊二醇（C5H12O2）为例，李昺利用现代大科学装置表征技术，揭示出其独特的制冷效应来源于全新物理机制，即巨大的分子取向无序导致了固态相变处的熵变比熔化熵还大，无序自由度在系统总自由度的占比接近维持固体刚性的极限；分子间的弱相互作用导致极大的压缩性，微小压力即可驱动相变；强烈的晶格非谐性使得晶格的压力效应得以转化为熵变。李昺将这一发现命名为“庞压卡效应”。
当问起为什么要在压卡效应前加“庞”字时，李昺说，“‘庞’字是从英文colossal翻译过来的，意为非常大。” “庞压卡效应就是指用更小的压力带来更大的热量变化，我们希望找到的这类材料是制冷效果极佳的一种材料。”
为了实现庞压卡效应的制冷应用，李昺进行了大量材料设计筛选工作，最终综合性能优异的碳硼烷和NH4I两类材料脱颖而出。他以此为制冷介质，研制了首个压卡制冷样机。热工模拟表明经历一个循环之后，温度由300 K降至290 K，远超其他固态制冷材料的降温效果，这意味着庞压卡材料走向器件应用的前景越来越明朗。
冷和热是一对矛盾，李昺在寻找高效制冷材料的同时，也在积极研究如何将产生的热能更加有效的回收利用。在科研研究中，李昺将“制冷”与“控热”材料的研究完美地结合。
据国际能源署的统计数据显示，初级能源有约31%用来生产热能，而其它能源利用过程又有28%的初级能源以热的形式被浪费，而热能的生产则直接贡献了30%的碳排放。因此如果将浪费的热能加以回收并利用，不但可以减少能源消耗，同时可以降低碳排放。
李昺在制冷与控热的研究中乐此不疲地穿梭着。最终，他利用玻璃晶体材料发明了压力可控储热技术。他发明的材料与80℃余热热源接触，吸收热量后再将其放回到室温，无需任何隔热条件所吸收的热量即可稳定保存。需要释放热能时，只要对该材料施加微小的压力，即可立刻释放出所储存的热量，20秒内温度升高近48度，每1克材料就能释放大约150焦耳能量。这种神奇的技术解决了热能长时存储和可控释放的难题，未来将在数据中心、大型工业流程、热电厂等场景具有广阔的应用前景。
截止目前，李昺已累计在Nature、Nature Materials、Nature Communications等国际主流学术刊物上发表学术论文70余篇，获得授权专利5项。受邀在国内外重要学术会议作大会邀请报告3次，分会邀请报告20余次。
李昺表示，随着我国“双碳”目标的落实，相信他所研究的制冷和控热材料将具有更加广阔的前景。他表示在未来的科研工作中，将加快推进由新原理到新技术的跨越，逐步提高技术成熟度，争取早日实现零碳制冷技术和压力可控储热技术的应用；同时积极探索基于庞压卡效应的新效应、新性质，为培育变革性新技术做好理论储备，最终为碳中和战略目标的实现贡献自己的力量。
（中国日报辽宁记者站）
来源：中国日报网
