磁制冷是一种新型固态制冷技术,优点有:以固体材料为工质,无泄露;传热介质用水,不破坏臭氧层、无温室效应;无压缩机,无噪声,可靠性高。沈俊团队围绕磁制冷材料、结构器件、系统应用,开展了全链条的系统性研究工作,取得了巨大成果,为磁制冷应用奠定基础,并获中科院理化所独家技术授权,积极推进科技成果转移转化。磁制冷技术凭借其绿色环保、高效可靠以及可用于空间环境等显著优点,已成为一种变革性绿色制冷技术。
结合磁制冷技术的自身特点,可以应用到以下几个领域。首先根据《蒙特利尔议定书》,至2028年目前普遍使用的氟利昂替代工质氢氟烃将全面禁用,传统制冷家电被新技术取代已成必然之势,磁制冷冰箱、磁制冷空调能够完全解决环境问题。磁制冷无需压缩机,运行高效平稳,非常符合高端酒柜,药品、化妆品等的低温储藏箱葡萄酒的储藏要求。磁制冷的传热介质是水,打开回路后无排放泄露等问题,可以将磁制冷做成模块化,应用到冷链物流领域。
沈俊团队经十余年对磁制冷技术的深耕细作,主要取得了以下成果:(1)高性能磁制冷材料研发:提出了高性能磁工质设计理论与调控方法,获得了巨磁热效应的LaFeSi基材料,发现了液氦温区系列高性能制冷材料。(2)高效磁回热器结构成型:阐明了磁制冷热力学微元循环机制,研制出与温度梯度匹配的多层主动式磁回热器,攻克了单层结构制冷温跨小的难题,温跨增大一倍。(3)新型磁制冷循环系统研制:提出了耦合气体回热的复合磁制冷新方法,发明了旋转回热器的新型制冷流程,制冷量提升30%,低温区复合系统达到了液氦温度(3.5 K),磁回热循环理论获国际同行应用。
在前期室温磁制冷和低温磁制冷的研究基础上,下一步将磁制冷的研究范围进一步拓展至mK级温区。mK级温区制冷技术一直为诸多前沿科技领域提供重要技术支撑,如探究宇宙起源的引力波探测器、寻找缺失重子的软X射线探测仪,超导量子计算机等。绝热去磁制冷由于其适用温度范围广、不受重力影响、制冷效率高、无需3He等稀缺工质,是目前深空探测最主要的制冷手段。但该技术目前仍由美、日等极少数国家垄断,国内仍属研究空白。为此,大力发展极低温磁制冷技术,对我国有十分重要的战略意义。