巴氏效应，即材料在压力变化时的发热或冷却，已经吸引了全世界研究人员的注意。关于固态化合物中的巴洛克效应的第一项工作可以追溯到90年代初，当时Albert Furrer和合作者发表了一系列论文，显示了这种效应在稀土基化合物中的重要性。在这些工作之后，人们做了许多努力，以获得具有大数值的巴洛克量的新材料，即等温熵变化和绝热温度变化。最近，实验表明，新戊二醇(NPG)塑料晶体在室温下表现出巨大的巴洛克效应，当压力变化为几kbar，并有相当大的热滞后。此外，由于其良好的可压缩性，相变的临界温度对压力高度敏感，熵的变化可以在很宽的温度范围内呈现出很大的数值。
来自巴西里约热内卢爱斯塔多大学的学者从理论上讨论了新戊二醇塑料晶体中的熵变化和巴卡洛尔效应。为此，本研究使用了一个微观模型包括晶格中分子的旋转和振动运动。理论计算出的等压熵和巴热量与实验观察结果有合理的一致性。相关文章以“Barocaloric effect in neopentylglycol plastic crystal: A theoretical study”标题发表在Acta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118657
图1. 在新戊二醇塑料晶体中，随着温度的升高而计算出的等压熵。
图2. 新戊二醇塑料晶体在某些压力变化下的等温熵变化。
图3. 新戊二醇塑料晶体的绝热温度变化。
图4. 理论上计算的振动（绿色和蓝色的线条）和旋转（橙色和粉红色的线条）对总熵（黑色和红色的线条）的贡献与温度的关系为P＝0和P＝0.19 GPa。
图5. 新戊二醇塑料晶体的振动、旋转和总绝热温度的变化，其中，ΔP＝0.19 GPa。
本研究提出了一个微观模型来讨论新戊二醇塑料晶体中的熵变化和巴卡效应。在较高的温度下，旋转熵的存在引起了熵变化的大跳跃，从而产生了大的巴氏效应。尽管使用了近似值，但理论上计算的巴卡洛尔量与实验数据显示出良好的一致性。这一事实指出，目前的模型能够描述NPG塑性晶体中巴氏效应的本质。然而，在目前的状态下，该模型不能讨论热滞后的影响，因为各相的摩尔分数没有自洽地确定。此外，如果想包括新的方面，那么该模型应该被改进。例如，可以用第一原理计算来处理声子-声子相互作用以及由此产生的非谐波性。如果想讨论旋转和振动通道之间的耦合对高温阶段的熵的影响，也应该在模型中加入一个附加项。所有这些改进都是非常复杂的，远远超出了本工作的范围。虽然本研究在这里只讨论了NPG塑料晶体的巴氏效应，但原则上本模型也可以应用于描述其他塑料晶体的巴氏效应，这些塑料晶体的旋转熵在熵的变化中起着重要作用。（文：SSC）
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