目前，全球運行著約五十億臺制冷系統和熱泵系統。如果考慮車載冰箱或者空調系統，這一數值還會更高。這些系統消耗了全球電力的約 20%，并且大多通過含有(氫)氟碳化合物的蒸發壓縮技術來運作。
盡管人們也開發了環保型制冷劑例如丙烷。考慮到電力生產的間接二氧化碳排放，以及氟化制冷劑的直接泄漏，空調制冷及其相關應用所導致的溫室氣體排放，累計占據全球溫室氣體排放總量的 10%。
后來，人們發現基于固態卡材料的制冷技術，可以作為一種替代方案，因為它們具有高效率，并且不會直接導致氣候變暖。
在外部應用場的作用下，卡材料會經歷可逆的絕熱溫度變化，這些場可以是磁場、靜水壓力，也可以是單軸應力和電場。
說到這里就不得不提電卡效應，它是指電介質在外加電場的作用下，會產生放熱或者吸熱的物理現象。
而卡材料的一大優勢是，驅動這些變化所輸入的大部分能量，都會存儲起來然后被回收利用，因此設備的性能系數和工作效率能被顯著提高。
然而，當前電卡設備的性能仍然未能滿足制冷應用的需求。以制冷功率為例，目前實驗室的最高功率仍然不到 1 瓦，這一數值遠遠低于普通商用制冷機的百瓦量級。
基于以上背景，盧森堡科學與技術研究院的研究人員優化了可再生式制冷機的幾何結構。
基于課題組的前期工作，他們了解到可再生式電卡制冷器件的溫跨能夠達到 10 開爾文以上，其理論制冷功率可達 1.2 瓦。
因此，本次課題的目標在于實現一個溫跨在 20 開爾文以上、并且制冷功率達到瓦級別的器件。
為了實現這一目標，他們采用許多單個工作介質堆垛的方式來制備器件，并重點研究了幾何堆垛方式和理論模擬的結合。
同時，他們還借鑒了雙回路的方法，測試了不同溫跨之下的器件制冷功率。研究中，該團隊還研究了幾何參數對于性能的影響。在最優的結構下，得到了一個溫跨可以達到 20 開爾文的器件。
然后，他們利用雙回路的方法，測試了這款原型機的制冷功率。在溫跨達到 2.2 開爾文的條件下，制冷功率達到 4.2 瓦。
這一成果表明電卡制冷器件可以實現瓦級別的制冷。同時，當輸入電能被回收利用的時候，器件工作效率達到 64%，非常接近理論數值。
毫無疑問，這項工作是領域內一大突破，讓電卡制冷器件能夠走向實際應用成為可能，并有望實現芯片和電池的高效冷卻。
同時，還有望替代車載空調和家用空調。憑借固態電卡材料的特殊性質，未來還可能被用于特殊場合的制冷，例如全固態制冷設備在空間站的應用等。
(關鍵字：制冷)
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