近期，中科院合肥研究院固體所功能材料物理與器件研究部林建超、童鵬等與中科院金屬研究所李昺、中科院深圳先進技術研究院鐘國華等人合作，在二元金屬硫化物Ni_1-xFe_xS中發(fā)現(xiàn)了電子熵增強的室溫巨壓卡效應，首次從實驗上闡明了電子熵對巨壓卡效應的重要貢獻，為探索高性能壓卡新材料體系提供了新視角。相關研究成果以“Giant Room-temperature Barocaloric Effect at the Electronic Phase Transition in Ni_1-xFe_xS”為題發(fā)表在Materials Horizons上。 

　　全球每年25-30%的電力被用于制冷行業(yè)。而現(xiàn)有的制冷技術大多依賴于傳統(tǒng)的氣體壓縮循環(huán)，制冷效率低且使用的制冷劑（如氟利昂）對環(huán)境有害（如，產(chǎn)生溫室效應）。固態(tài)相變材料可在磁場、電場、軸向力或等靜壓的驅動下產(chǎn)生熵變和溫變，即磁卡（熱）、電卡（熱）、彈卡（熱）、壓卡（熱）效應，統(tǒng)稱固態(tài)相變熱效應。與之對應的固態(tài)制冷技術由于效率高且環(huán)境友好，成為取代現(xiàn)有制冷技術的理想方案之一。相較于磁卡、彈卡、電卡效應，壓卡效應的研究尚處于起步階段，因此探索新型壓卡材料、闡明壓卡效應機理是現(xiàn)階段的主要研究方向。 

　　六角結構的二元金屬硫化物NiS因非金屬-金屬轉變引起研究人員的廣泛關注。該一級相變伴隨著晶格體積的陡峭收縮，且相變溫度對壓力敏感。研究人員通過在Ni位引入Fe元素制備了Ni_1-xFe_xS（0≤x≤0.175）系列樣品，實現(xiàn)了在室溫范圍內（260K-330K）對材料相變溫度的靈活調控。壓力下差示掃描量熱法（DSC）測試結果表明，Ni_1-xFe_xS樣品均呈現(xiàn)顯著的壓卡效應，100 MPa壓力驅動的熵變值可達52.8J K^-1 kg^-1，僅次于塑晶（plastic crystals）等少數(shù)幾個材料體系。低溫電子比熱、中子衍射和第一性原理計算結果表明，Fe部分取代Ni后，仍保留一級相變特征。相變前后電子熵變與晶格熵變相當，兩者的協(xié)同作用導致了巨大壓卡效應。不僅如此，Ni_1-xFe_xS樣品在相變前后的平均熱導率可達11.5 W m^-1 K^-1，高于現(xiàn)有的壓卡材料體系，是塑晶熱導率（0.12 Wm^-1 K^-1）的100倍！在實際應用中，熱導率大小是衡量壓卡材料性能的一個重要指標。高熱導率意味著高的換熱效率，有利于獲得高工作頻率和制冷功率密度。 

　　在已報道的絕大部分壓卡材料中，除了大的晶格熵變外，自旋或者電偶極子等也往往對總熵變起重要貢獻。而電子熵變由于貢獻小，往往被忽略不計。換言之，目前對具有顯著電子熵貢獻的壓卡材料還鮮有報道。上述研究結果首次從實驗上闡明了電子熵對巨壓卡效應的重要貢獻，為探索高性能壓卡新材料體系提供了新視角。 

　　該工作得到了中科院前沿重點研究計劃、大科學裝置聯(lián)合基金、深圳市基礎研究計劃及合肥大科學中心“高端用戶培育基金”項目的資助。該項工作的中子衍射實驗依托中國散裂中子源（CSNS）的通用粉末衍射譜儀完成。 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1039/C9MH01976F。