一支由日本国立材料科学研究所、德国达姆施塔特工业大学等机构组成的国际研究团队，在磁制冷材料研发方面取得重要进展。该成果已于近期发表于《先进材料》期刊，为发展高效可持续的冷却技术提供了新的解决方案。

传统空调和冰箱普遍采用蒸汽压缩循环和化学制冷剂，这些物质对全球变暖有显著影响。磁制冷技术利用磁热效应提供了一种更清洁的替代方案——某些材料在外加磁场作用下会发生温度变化。然而，研究人员长期面临一个根本困境：具有高冷却效应的材料往往存在不可逆的能量损耗，即滞后效应，导致其在工作条件下冷却性能迅速下降;而传统的耐用材料又无法达到实际应用所需的大冷却效应。

研究团队通过材料设计的新途径取得了决定性突破。他们通过精确调控化学成分来微调原子间的共价键，从而最大限度地减少了不可逆的能量损失。研究重点集中在钆和锗的化合物Gd5Ge4上，这种磁冷却材料在外加磁场使原子的微观磁矩排列整齐时会发热升温。

研究人员发现，该材料的性能下降是由磁转变过程中发生的结构转变引起的。在Gd5Ge4中，连接结构层的锗原子间键长变化，导致了循环使用过程中的滞后和性能退化。为解决这一问题，团队用锡原子部分取代锗，精确调控了材料的共价键。这种化学调整稳定了材料内部结构层在转变过程中的距离，有效缓冲了此前导致性能下降的原子位移。

这种调控产生了显著效果：该材料在重复循环使用中保持了冷却性能，同时将其可逆绝热温度变化从3.8°C提高到8°C，增加了一倍以上。这一突破同时增强了磁热效应和材料的整体耐久性，为磁制冷剂开辟了可持续的高性能路径。

由于这些材料在约-233°C至-113°C的低温范围内能高效运行，它们成为气体液化应用的理想选择。因此，这些材料代表了发展环保型气体液化技术的关键组成部分。展望未来，该研究团队计划将这种方法应用于更广泛的化合物，拓展该技术在各类冷却和气体液化领域的应用范围。

这项关于磁制冷材料的进展，为开发更高效的节能技术和可持续的气体液化解决方案奠定了重要基础。

出版详情：作者：Xin Tang 等，标题：《共价键的控制实现高效的磁冷却》，发表于：先进材料(2025)。期刊信息：《先进材料》