2025年1月30日，國際頂級期刊《焦耳》（Joule）發表了一項由中國科學家領銜的顛覆性研究——華中科技大學段江江教授團隊開發出全球首例基於鐵離子"變臉"特性的新型製冷技術。這項技術以70%的效率提升和僅需傳統空調5%的功耗的驚人資料，直接挑戰了沿用70年的壓縮機製冷體系，為全球製冷行業開闢了一條綠色革命之路。

自1950年代壓縮機製冷技術普及以來，全球空調、冰箱等裝置始終依賴同一原理：通過壓縮-膨脹循環驅動製冷劑相變吸熱。這種技術雖有效，但存在三大致命缺陷：

能效低下：根據國際製冷學會資料，傳統製冷系統的理論性能係數（COP）上限為5，實際運行中僅為3-4；

高能耗：國際能源署2024年報告資料，全球空調年耗電量超2兆度，佔社會總用電量的10%；

環境危害：製冷劑中氟利昂類物質可產生比二氧化碳強數千倍的溫室效應，且存在洩漏風險。

有沒有一種技術可以既保證日常生活、工作的製冷需求，又可以避開上述致命缺陷呢？這幾十年以來，全球一直在研究、探索。

二、更好的製冷方式，從0.1℃到1.42℃的逆襲

如開頭所述，華中科大團隊最新提出的鐵電製冷技術，核心在於利用鐵離子（Fe²⁺/Fe³⁺）的氧化還原反應實現熱管理。

製冷階段：Fe³⁺吸收電子轉化為Fe²⁺時，從環境中吸收熱量，實現每克材料0.38焦耳的瞬時吸熱量；

放熱階段：Fe²⁺釋放電子回歸Fe³⁺時排出熱量。

然而，初期實驗效果僅能實現0.1℃溫降，遠未達到實用標準。研究團隊通過系統性最佳化，在三個關鍵維度實現突破：

（資料來源：《焦耳》論文Supplementary Materials表S3）

實現性能突破的核心，在於發現乙腈-水混合溶劑的關鍵作用。當溶劑中乙腈佔比達40%時：

鐵離子電導率提升至2.1 S/cm，比純水體系提高8倍；

氧化還原反應活化能降低至0.18 eV，效率提升70%；

熱傳遞速率達到4.7×10⁻³ W/(m·K)，為傳統製冷劑的3.2倍。

這種"溶劑工程"策略，使得系統在0.11瓦/平方釐米的低功耗下，即可驅動14.3的理論COP值——這一數值是傳統空調的4.8倍（以COP 3計），甚至超越特斯拉熱泵系統（COP 4.5）。

這一發現以及核心技術的突破，意味著華中科大或將顛覆延續70年的傳統製冷方式。也許未來的空調可能只需要很小的電量就能讓你清涼一夏，電動汽車可能不再需要笨重的制冷系統，甚至你的手機和電腦可能會用這種技術來散熱。

三、從家電到航天器的無限可能

當然，這項熱電製冷技術還需要進一步完善。但據華中科技大學團隊段江江教授透露：他們正在開發各種製冷器原型，並尋求與創新企業合作，推動這項技術走向市場。

因而，如果技術實現產業化，將帶來多重變革：

節能革命：按中國4.5億台空調保有量計算，全面替換後年節電量可達5400億度，相當於三峽電站5年發電總量；

體積革新：製冷系統體積可縮小至傳統裝置的1/10，助力微型電子裝置散熱；

環保突破：徹底淘汰氟利昂類製冷劑，每年減少1.2億噸二氧化碳當量排放（聯合國環境署預測資料）。

據瞭解，目前研究團隊已開發出5種原型製冷器，覆蓋從晶片級（1cm²）到建築級（10m²）的多場景需求。段江江教授透露：首款商用產品有望在2028年前面世，初期目標市場為資料中心冷卻和電動汽車溫控系統。

因此，這項來自中國的原創技術，正掀起一場靜默的能源革命。當鐵離子的"變臉"魔術走進現實，人類或將告別壓縮機的轟鳴時代，迎來"零碳製冷"的新紀元。 (飆叔科技洞察)

在科技研發的征途上，中國科學家正不斷突破技術壁壘，特別是在超低溫製冷技術這一關鍵領域。由於起步較晚，中國在技術追趕的道路上面臨重重挑戰，但正是這些挑戰激發了科研人員的不懈努力。

絕對零度，這個熱力學的終極溫度，是物質微觀粒子動能降至量子力學最低點時的狀態，其值為零下273.15攝氏度。儘管僅存在於理論之中，但絕對零度的概念對超低溫製冷技術的發展至關重要。中國科學家經過長期探索，終於在這一領域取得了突破性進展。

然而，中國科研人員並未因此氣餒，反而更加堅定了自主研發的決心。如今，中國不僅成功打破了這一技術封鎖，還在超低溫製冷技術上取得了新的突破。中科院作為中國的科研重鎮，在這一領域發揮了舉足輕重的作用。他們自主研發的無液氦稀釋製冷機，成功實現了零下273.1391攝氏度的低溫環境，這一成就不僅超越了美國之前的記錄，更為中國在量子計算、航天航空以及晶片製造等領域的發展奠定了堅實基礎。

面對國際科技競爭日益激烈的態勢，中國科學家以堅定的決心和不懈的努力，在超低溫製冷技術這一關鍵領域取得了顯著成就。這一突破不僅提升了中國的科技實力，更為全球科技進步做出了重要貢獻。未來，中國將繼續加大科研投入，推動更多領域的技術突破和創新發展。 (飆叔科技洞察)

驅動科學發現的人工智慧和彈熱製冷技術均入選2024年十大新興技術。

世界經濟論壇發佈的2024年《十大新興技術報告》列出了今年最具影響力的新興技術。

這份技術清單涵蓋了人工智慧加速科學研究的方式，重點關注健康、通訊、基礎設施和可持續發展等領域的應用。

驅動科學發現的人工智慧、碳捕獲微生物和彈熱製冷技術均入選2024年十大新興技術。

在這個日新月異、想法多變的世界，決策者、企業家和公民在未來幾年應重點關注那些新興技術？

世界經濟論壇與Frontiers合作發佈的最新報告《2024年十大新興技術》展現了一個無限可能的未來。今年的報告（第12版）採用更加全面的視角，彙集了300多位來自世界經濟論壇全球未來理事會和大學與研究人員網路的世界領先的專家學者以及十大新興技術指導小組成員的意見。

結合專家見解和資料分析，報告確保深入理解每項技術在應對多重全球挑戰方面的潛在影響。這些挑戰包括材料科學進步、醫療技術變革等。

以下是報告中提到的重要技術。

在這個亟需減少能源使用、即將迎來6G的世界，我們應如何使日益增長的即時資料訪問需求和供應更具可持續性？

智能超表面（RIS）通過動態變形最佳化了無線通訊鏈路，並結合超材料、智能演算法和先進訊號處理來控制和操縱電磁波。

RIS為增強容量和連通性而設計，注重環境可持續性，可以將普通牆面和其他表面轉變為無線網路中的智能元件。

那麼，這項技術是如何影響日常生活的呢？電信是RIS的主要應用領域。報告預測，RIS可以使智能工廠和車載網路的無線電波通訊更加可靠和高效，並擴大農業環境中的通訊覆蓋範圍。

利用最新的太陽能、電池、輕質複合材料和航電技術，高空平台通訊系統（HAPS）系統有望提升通訊和觀測能力。HAPS系統通常以氣球、飛艇或固定翼飛機的形式在距地面約20km的高度飛行，其連通性、覆蓋範圍和性能超越地面塔和衛星，在全球偏遠地區尤其如此。

HAPS創新基礎設施有望使100個國家的超26億人接入網際網路，為教育和經濟增長創造機遇。

除了提高數字包容性，HAPS還可以迅速完成部署，在緊急情況下發揮至關重要的作用。

在充滿感測裝置和通訊裝置的世界中，難免存在一些功能重疊。通訊感知一體化（ISAC）技術將所有能力融入一個系統，可以同時收集和傳輸資料，提高成本效率和硬體效率，並開啟新的應用可能。

ISAC使無線網路能夠感知環境，支援本地化、環境測繪和基礎設施監控等功能。例如，感測器和資料分析可用於監測空氣和水的質量、土壤濕度和天氣狀況等。實際應用包括用於智能農業、環境保護和城市規劃的監測系統、最佳化能源發電和用電的智能電網等。

人工智慧（AI）的加速發展及其對科學研究的意義是今年最主要的技術進展。這並不令人意外。科學家們長期以來一直在探究如何利用AI提升知識和能力水平，最近在深度學習、生成式AI和基礎模型等方面的突破則加快了科學發現和預測的速度。

AI正以前所未有的規模擴巨量資料世界。找到利用AI而不引起倫理或安全問題的方法至關重要。在AI時代，合成資料這種令人振奮的隱私增強技術正在重新興起。這一技術會複製敏感資料集的模式和趨勢，但不涉及可以聯絡到個人或危及組織或政府的具體資訊。得益於AI的進展，合成資料去除了身份資訊，使科學家和其他人能夠在全球範圍內共享資料，並在生物學和健康相關的研究中開展合作。

驅動科學發現的人工智慧正在改變我們獲取和利用新知識的方式。Deep Mind的AlphaFold等AI系統可以精準地預測蛋白質結構的3D模型。AI還應用於研究，發現了新的抗生素家族，並開發出更高效的電池材料。美國總統科技顧問委員會（PCAST）最近發佈的一份報告指出：“AI可能改變每個科學學科，影響我們科學研究開展方式的多個方面。”

根據聯合國的資料，建築和施工行業幾乎佔全球碳排放量的40%。建成世界的沉浸式技術和AI驅動的混合現實工具可能在更清潔的未來發揮關鍵作用，幫助預測可能面臨的挑戰，並最佳化現實世界的交付項目。例如，數字孿生技術可以用於模擬複雜結果並提高效率，而虛擬原型和實驗可以幫助提高精度。

商業蓬勃發展，但全球勞動力短缺的問題卻依然存在。根據《十大新興技術》報告，在元宇宙中，沉浸式學習和培訓環境可以彙集來自世界各地的建築、工程和施工專家，使勞動力短缺問題有所緩解。

在今年的十大技術中，應對氣候危機並提供解決方案的技術也佔據了重要地位。

彈性熱量材料是快速發展的新興技術，可以“讓熱力系統像肌肉一樣工作”，提供更可持續的製冷方式。隨著氣候變暖、資料需求不斷增長，這種方式在當下尤為重要。熱泵使用鎳和鈦等彈熱製冷材料，比傳統的制熱和製冷系統更加節能。這些材料在施加機械應力時發熱，鬆開機械應力時冷卻。報告指出，熱泵的另一個好處是無需使用對環境有害的製冷劑氣體。此外，即使在電網基礎設施有限或沒有電網基礎設施的地區，這些熱泵也能製冷。美國能源部的一項研究將其視為最有可能替代當前製冷系統的技術。

在氣候危機中，微生物是一種珍貴的資源。微生物能夠從空氣或廢氣中捕獲溫室氣體，並將其轉化為生物燃料等有價值的產品，有潛力減緩全球變暖。

能捕獲碳的微生物主要有兩種類型。第一種是使用藍藻和微藻等有機體通過光合作用“吃掉”碳，第二種是使用氫氣或有機廢物流等可再生能源的微生物捕獲二氧化碳，然後將其轉化為生物柴油、富含蛋白質的動物飼料等新產品。動物農業依賴於大豆等蛋白質的生產，這可能導致森林砍伐、生物多樣性喪失、過度施肥以及土地用途改變引起的溫室氣體排放。報告指出，替代性蛋白質飼料，即來自單細胞蛋白、藻類和食物殘渣的牲畜蛋白飼料，可能成為可行、可持續的替代方案，尤其是在需求增加的情況下。

器官移植可以拯救生命，但目前可供使用的器官卻遠遠無法滿足需求。CRISPR-Cas9等基因編輯領域的最新進展可能改變這種情況。

能夠改善器官移植的基因組研究：將經過基因工程編輯的器官成功植入人體是重大的醫療進步，為數百萬等待移植的患者帶來了希望。 (世界經濟論壇)

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重大突破！中國發明新製冷技術，從0.1℃到1.42℃的逆襲！

中國超低溫製冷技術大突破：逼近絕對零度，科研領域將迎那些變革？

2024年十大新興技術將如何影響世界