作者:方芳 来源:科学网 发布时间:2018/1/14 8:28:44
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“中国青年女科学家奖”获奖者沈俊:制冷技术的变革者

 

时至今日,家用制冷设备仍然广泛采用传统气体压缩制冷,并通过氟利昂等作为热交换介质。但由于在强烈紫外线的作用下,氟利昂解释放出的氯原子会不断破坏大气中的臭氧分子,数百年驱之不散,进而引发全球温室效应,因此这种制冷介质正在被逐步淘汰。而其替代工质氢氟烃也将依据蒙特利尔议定书,于2028年全面禁用。在余下不多的时间里,谁将以绿色环保的特质成为下一代家用制冷设备的替代者?

对于这一问题,第十四届“中国青年女科学家奖”获奖者,中国科学院理化技术研究所沈俊研究员给出了答案:最优解决方案很可能就是新一代的固体介质制冷技术——磁制冷。磁制冷是利用固体磁性材料的磁化放热和退磁吸热实现制冷,这种利用磁热效应的新型制冷方式无需额外的制冷剂,完全是变革性的技术创新,被认为是新一代绿色环保的制冷方式。2014年,美国能源部已将磁制冷列为未来可替代压缩制冷技术的首选技术之一。

未来技术?是的,磁制冷虽然优势明显,但真正走向实用化,在材料、器件和系统各方面仍面临诸多挑战,实现起来十分困难。“我的工作就是实现磁制冷的广泛应用。”沈俊说。

在很多人眼中,沈俊命中注定就和磁制冷有着不解之缘。读研究生时才开始接触低温制冷的沈俊,很快就发现了国际上最低温度、大磁熵变铁磁磁制冷材料,填补了这一温区的国际空白,并被国际同行认为是“最佳的磁热效应体系”。随后,她又发现了磁性材料的磁滞损失及其调控机制,大幅提高了磁性材料的制冷性能。在找到了具有潜力的磁制冷材料之后,她还创新性地提出了复合式磁制冷新方法,并成功研制出了处于国际领先水平的小型室温磁制冷机。

通过研发新方法、新构造和新设备,沈俊团队在磁制冷的高性能材料、关键技术和实验验证等方面开展了从基础到应用的全链条研究,继而向成果转化再进一步。“这里的每台磁制冷样机都是我们自己制造的。”走在实验室的廊道里,沈俊一个接一个骄傲地展示着她团队的研发成果。七间实验室内布满了外人难以看出门道的、冷冰冰的仪器和设备,而在沈俊眼里,这些陪伴她多年的“老伙计”就是她工作中的最佳搭档。

创新,将中国科学院理化技术研究所的这间实验室从磁制冷的跟跑者、推向了并跑者,甚至领跑者的角色。沈俊团队研发的磁制冷样机不仅申请到了国际专利,甚至还被美国航天公司采用。与国内企业合作实现的成果转化,也应用在科研和工业级产品中,并在短短几年内实现了数亿元的产值。

科研人员、博士生导师、企业管理者、两个孩子的母亲,沈俊的身份似乎多了一些。但从她身上你却几乎感受不到压抑的紧迫感。“生活中,我是比较粗线条的”,沈俊的一头长发洒落在肩上,微翘着脸庞说着。在沈俊办公室的玻璃窗前,郁郁葱葱地生长着一排多肉植物,奖牌陈列柜最左侧则放置了三台不同样式的咖啡机和咖啡胶囊,沙发对面被两张并不规则的中式圈椅占据……这些工作和生活中的细节,恰恰是她内心稳健沉着的真实写照。

对于一名女生当初选择工科专业,沈俊直言不讳地笑着说,是父母“逼得”。转回头,她又继续补充道,现在自己早已真正爱上了低温制冷这个领域,尤其是当自己的成果被不断肯定,更多的成果走向实用,甚至自己在怀孕时做实验也会感到乐此不疲。端起一杯咖啡,沈俊微笑着说道,“做科研就像喝一杯苦咖啡,开始喝时觉得苦涩,慢慢苦尽甘来,最后品尝到成果的甘甜。

忙碌之余,沈俊作为中国科学院大学未来技术学院的岗位教授,在北京雁栖湖校区开设了低温制冷课程,为培养未来人才忙碌起来。至于自己不断前行的动力和目标,“只有一个,”她说,“做出世界第一台磁制冷实用冰箱。”

 
 
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