新一代固态相变致冷技术 塑料晶体压热效应
根据联合国公布的全球能源消耗数据显示，每年约有 25% 到 30% 的电力，被使用在致冷应用上 (The Importance of Energy Efficiency in the Refrigeration, Air-conditioning and Heat Pump Sectors) 。举凡电冰箱、冷气机、除湿机、冰水机，这些内部装置压缩机的设备，大多都是采用传统“冷媒蒸气压缩循环技术”。这种技术，是利用冷媒 (Refrigerant) 在气态、液态相变过程中的吸热、放热效应，利用压缩机造成冷媒相变，并将箱体内部的热量带到外部去散热，来达到冷却的目的。冷媒压缩循环技术，是目前致冷技术中，较为成熟、效率较高、成本较低的最佳选择。然而，此类技术所用的冷媒对环境并不友善，即使是新一代的全氟化碳(FC)、氢氟化碳(HFC)环保冷媒，如R32、R410A，也都属于温室气体，蒸散到大气中，会造成地球温度上升。早期的氟氯碳化合物(Chlorofluorocarbons, 简称 CFCs)，甚至还会破坏地球臭氧层，目前全球已经完全禁用。
近年来，基于固态相变热效应 (Caloric Effects) 的固态冷媒致冷技术，将有机会取代上述传统技术。固态冷媒致冷技术的好处在于设备中，没有会逸散到大气中，并造成温室效应的传统冷媒材料。
目前相关的固态相变热效应技术，大多利用基于以下几种热效应的材料：
- 磁热效应、磁卡效应 (Magnetocaloric Effect, MCE)
- 电热效应、电卡效应 (Electrocaloric Effect, ECE)
- 弹热效应、弹卡效应 (Elastocaloric Effect, eCE)
- 压热效应、压卡效应 (Barocaloric Effect, BCE)
其中，压热效应是利用压力诱导晶体结构相变，用压力改变材料原子的自旋运动，在高能阶与低能阶之间切换 (spin crossover)，过程伴随熵变化，而达到致冷的目的。一般的材料，压热效应通常很小，从前很少引起人们注意。但最近 BCE 相间研究获得很大的进展，为了跟原本微小的 BCE 区隔，另外以专有名词 colossal barocaloric effect (CBCE) 称呼，中文可称为“巨大压热效应”或“庞压卡效应”。大陆李昺博士的研究团队，在 CBCE 技术上获得重大突破，以新戊二醇塑料晶体为压热材料，得到比传统压热材料高一个量级的等温熵变结果，并刊登在今年2019年3月的自然杂志。台湾同步辐射中心成员，以及在澳洲建制的“冷中子三轴散射仪SIKA”亦参与这项研究。
此外，该研究采用的量热仪器，是全球知名量热仪品牌 SETARAM 的 MicroDSC7 Evo 微量热仪，它采用独家的3D卡尔维式微量热技术，在高压环境中，也可以保证极高的量热灵敏度与准确度。以下是 MicroDSC7 Evo 进行塑料晶体压热效应的系统配置示意图：
仪器内部采用半导体制冷，因此不需要液氮之类的外部冷源，而仪器内部模拟的高压环境，是由外部的高压气体控制面板控制，经由 1/16" 管路与样品池连通，可以动态调整压力。
测量结果
下图左，为一般高压条件下，MicroDSC7 Evo 的热流测试曲线。塑晶材料的相变温度，及相变热在不同压力下，显示出规律性变化。下图右，显示相变温度与环境压力的线性关系。
温控程序： 25°C ~73°C at 0.1°C/min
样品：neopentylglycol (NPG)、pentaglycerin(PG)、pentaerythritol (PE)、2-Amino-2-methyl-1,3-propanediol(AMP)、tris(hydroxymethyl) aminomethane (TRIS)、2-Methyl-2-nitro-1-propanol (MNP)、2-Nitro-2-methyl-1,3-propanediol (NMP)等压力控制：最 大1000Bar，由高压控制面板实现。
下图左，温度-压力相图，数据分别由两部分别在法国跟日本的 MicroDSC7 Evo 微量热仪测得，仪器的一致性非常好。下图右，为不同压力下，样品在加热过程中的压致熵变。
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