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省杰青获得者、中南大学王辉教授团队在《Nature》及子刊发表研究论文
近日，省杰青获得者、中南大学王辉教授及其合作者在固态制冷领域取得重要研究进展。研究团队在塑性晶体中发现了基于分子取向序的庞压卡效应，等温熵变最高达687 J Kg-1 K-1，较传统固态相变制冷材料高出了一个数量级，在《Nature》上发表了“Colossal barocaloric effects in plastic crystals”学术论文（Nature 567, 506 (2019)），中南大学为合作完成单位。在此基础上，研究团队开展了进一步的深入研究，揭示了由氢键关联分子取向动力学和压力对分子取向无序抑制的微观物理机制，为深入理解固态相变熵及其加快固态制冷技术走向应用提供了重要科学价值和指导意义，在《Nature Communications》上发表了题为“Understanding colossal barocaloric effects in plastic crystals”的学术论文（Nat. Commun. 11, 4190 (2020)）。中南大学为第一完成单位和通讯单位，博士生李芳镖和李敏老师为论文的共同第一作者，王辉教授为该论文的唯一通信作者。
当今高速发展的社会中，能源是支撑国家经济发展的基础和核心。制冷技术在多个领域中起到了至关重要的作用，然而全球每年约25-30%的电能被用于各种各样的制冷应用。由于传统的制冷设备对氟利昂制冷剂的大量使用和对电能的大量消耗，已经导致严重的环境和能源危机问题。基于压卡效应的新型固态相变制冷，拥有众多优点如无温室效应、绿色环保低能耗、制造形状灵活、冷却系统可以小到单个微芯片、便携程度高。然而，固态相变制冷材料的性能主要由等温熵变所描述，十余年来一直维持在10~50 J kg-1K-1左右且需要较大的驱动外场，成为限制该技术走向应用的“卡脖子”问题。因此，如何从根本上提高固态相变制冷材料的性能成为本领域的前沿核心问题，兼具学术意义和应用价值，并为从“传统气体压缩制冷时代”向“固态相变制冷时代”的历史性飞跃奠定科学技术基础。
王辉教授课题组运用密度泛函理论计算、分子动力学、蒙特卡洛、机器学习和高通量集成计算等多尺度方法，对材料的基本物理化学性质进行全链条计算、模拟和设计；旨在构建“微观机制-设计理念-宏观物性”内在关联的材料数据库，并以此确立优化材料综合性能的最佳方案，加快新材料研发周期和降低研究成本。迄今，已发表包括《Nature》2篇，《Nature Materials》，《Nature Nanotechnology》，《Nature Communications》3篇，《Physical Review Letters》4篇等近50篇科研论文成果。
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