固體制冷劑，冰箱新潮流

盛詞

傳統冰箱遇瓶頸

冰箱現在是每家每戶最常見的家用電器之一，而在20世紀80年代的中國，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，它們對環境的影響也不可忽略。

傳統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存的食物產生的熱量，變成氣體，氣體進入冰箱內的壓縮機放熱降溫成為液體，然后再次進入管道中給食物降溫，這樣循環反復保持著冰箱內部的低溫。可是制冷劑氣體對環境產生的負面影響也不容忽視，這些氣體嚴重破壞了地球的保護傘——臭氧層，并且加劇了溫室效應，實驗結果表明，一千克的制冷劑對溫室效應的貢獻相當于兩噸二氧化碳。

有沒有更環保的制冷劑呢？目前我們想到的主要替代品為碳氫化合物，如R134a（四氟乙烷）和R600a（異丁烷）等。但這不過是一個過渡的權宜之計，因為R134a含氟，仍然對大氣層有傷害，R600a相對而言更加環保，但是它會排出易燃易爆的氣體，安全性得不到保障。

有沒有什么好的替代品呢？最近科學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

組成物質的粒子，如原子、分子等，有規律地排列所形成的固體物質我們叫做晶體，晶體具有對稱的形狀和固定的熔化溫度，比如食鹽、冰塊、金屬等。而塑料內部的粒子排列順序是不規則的，也沒有固定的熔化溫度，加熱到一定程度后，塑料會一直熔化，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”。塑性晶體的分子結構表現出高度無序性，即晶格排列不規則;但是相對較小的壓力便能誘導這些結構發生變化，從而可在晶體和非晶體之間轉換。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原狀，這個性狀我們稱為“塑性”。因為這種新材料具有塑性，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制冷劑。

固體制冷新時代

塑性晶體可做制冷劑的優勢是，當塑性晶體在外力的影響下，它內部的分子排列會發生變化，這時它不僅會改變形狀，還會產生較大的能量變化，從而改變溫度。傳統冰箱采用的是壓縮機來控制壓力，使液態制冷劑改變形態和溫度，來調節冰箱內溫度的機制，塑性晶體就是取代了傳統的液態制冷劑，起到調節溫度的作用。

初始時，塑性晶體的分子是無序排列的，它的溫度跟室溫一致。循環開始，壓縮機加壓，塑性晶體中的分子從無序狀態轉變成有序排列，溫度上升。冰箱內部的散熱器將塑性晶體的熱量排到外部環境中，晶體的溫度恢復到初始值，但是分子排列還是有序的。壓縮機壓力消失后，晶體分子回到無序狀態，這時候它的溫度大幅度下降，遠遠低于初始溫度，塑性晶體就可以吸收冰箱內部食物散發的熱量，等到晶體和冰箱內部溫度一致時，壓縮機再次加壓，進入下一次循環。

科學家發現，新戊二醇這種材料的分子排列從有序變成無序的過程中，溫度下降的度數是傳統制冷劑的數十倍，因此這種固體制冷劑不再需要流動也能保持整個冰箱內部的低溫狀態。

因為塑性晶體在整個制冷過程都是固體狀態，不會產生破壞大氣層、造成溫室效應的氣體，而且使用時也不會受到高壓氣體的威脅，不需要密集的蒸汽密封管道系統，新型冰箱可以制造成任何形狀，冷卻系統甚至可以縮小成單個微芯片，這大大提高了冰箱的便攜程度。不過依賴塑性晶體制冷還有一個問題需要解決，與傳統冰箱比起來，塑性晶體需要更大的外力來改變分子狀態，這意味著需要消耗更多的能源。研究者們正在試驗更節能的方法，也許兩三年后我們就可以看到這樣迷你環保的新冰箱。