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合肥研究院等在二元金属硫化物中发现电子熵增强的室温巨压卡效应

2019-08-13 合肥物质科学研究院
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  近日,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所功能材料物理与器件研究部林建超、童鹏等,与中科院金属研究所李昺、中科院深圳先进技术研究院钟国华等合作,在二元金属硫化物Ni1-xFexS中发现电子熵增强的室温巨压卡效应。相关研究成果以Giant Room-temperature Barocaloric Effect at the Electronic Phase Transition in Ni1-xFexS为题,发表在Materials Horizons(DOI: 10.1039/C9MH01976F)上。

BG视讯网  QUANQIUMEINIAN25~30%DEDIANLIBEIYONGYUZHILENGXINGYE。XIANYOUZHILENGJISHUDADUOYILAIYUCHUANTONGDEQITIYASUOXUNHUAN,ZHILENGXIAOLVDIQIESHIYONGDEZHILENGJI(RUFULIANG)DUIHUANJINGYOUHAI(RUCHANSHENGWENSHIXIAOYING)。GUTAIXIANGBIANCAILIAOKEZAICICHANG、DIANCHANG、ZHOUXIANGLIHUODENGJINGYADEQUDONGXIACHANSHENGSHANGBIANHEWENBIAN,JICIKA(RE)、DIANKA(RE)、DANKA(RE)、YAKA(RE)XIAOYING,TONGCHENGGUTAIXIANGBIANREXIAOYING。YUZHIDUIYINGDEGUTAIZHILENGJISHUYOUYUXIAOLVGAOQIEHUANJINGYOUHAO,CHENGWEIQUDAIXIANYOUZHILENGJISHUDELIXIANGFANGANZHIYI。XIANGJIAOYUCIKA、DANKA、DIANKAXIAOYING,YAKAXIAOYINGDEYANJIUSHANGCHUYUQIBUJIEDUAN,YINCITANSUOXINXINGYAKACAILIAO、CHANMINGYAKAXIAOYINGJILISHIXIANJIEDUANDEZHUYAOYANJIUFANGXIANG。

  六角结构的二元金属硫化物NiS因非金属-金属转变引起研究人员的关注。该一级相变伴随着晶格体积的陡峭收缩,且相变温度对压力敏感。研究人员在Ni位引入Fe元素制备Ni1-xFexS(0≤x≤0.175)系列样品,实现了在室温范围内(260K-330K)对材料相变温度的灵活调控。压力下差示扫描量热法(DSC)测试结果表明,Ni1-xFexS样品均呈现显著的压卡效应,100 MPa压力驱动的熵变值可达52.8J K-1 kg-1,仅次于塑晶(plastic crystals)等少数几个材料体系。低温电子比热、中子衍射和第一性原理计算结果表明,Fe部分取代Ni后,仍保留一级相变特征。相变前后电子熵变与晶格熵变相当,两者的协同作用导致巨压卡效应。Ni1-xFexS样品在相变前后的平均热导率可达11.5 W m-1 K-1,高于现有的压卡材料体系,是塑晶热导率(0.12 Wm-1 K-1)的100倍。在实际应用中,热导率大小是衡量压卡材料性能的重要指标之一。高热导率意味着高的换热效率,有利于获得高工作频率和制冷功率密度。

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Ni1-xFexS巨压卡效应起源的示意图以及压卡、热导性能与现有压卡材料的对比。

打印 责任编辑: 侯茜

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