2021年12月23日，国家蛋白质科学研究（上海）设施用户上海交通大学自然科学研究院/物理与天文学院洪亮课题组与其合作团队机械与动力工程学院钱小石课题组、化学化工学院黄兴溢课题组的跨学科交叉研究团队在Nature杂志在线发表题为“High-entropy polymer produces a giantelectrocaloric effect at low fields”的研究成果：通过精巧设计分子缺陷调控弛豫铁电材料，制备了一种极化高熵高分子，极大的提高了低电场下的巨电卡效应，首次将巨电卡制冷效应的循环寿命提高到逾百万次，也是这是我国科研单位首次在Nature发表以电卡制冷为主题的论文。
电卡制冷效应是一种奇异的凝聚态物理现象，如何提升材料在低电场下的电致熵变是领域内重要研究方向。
图1 通过设计极化高熵材料提高低场电卡效应
国家蛋白质科学研究（上海）设施X射线小角散射线站（BL19U2）和上海光源同步辐射BL16B线站原位电场下的X射线散射结果表明，极化高熵材料的相变能垒更低，外加电场后极化的比例更高，在低电场驱动下相转变能力提高5倍。同时，准弹性中子散射实验表明，高熵高分子高频震动受限（1 ns），但高分子相变更容易，因而在实现低场相变的同时提高材料的机械强度，有利于该型材料后续产业化工艺摸索。其背后分子跨能垒运动的微观机理由DFT仿真揭示。
图2 高熵聚合物场致相变分析
蛋白质设施对该项工作的支持
2020年至2021年期间，洪亮老师在X射线小角散射线站线站（BL19U2 ）先后开展了3项课题的研究， BL19U2线站为该研究中极化高熵材料的相变结构分析提供了重要的数据支持。实验采用小角-广角在线联用方式完成较大角度范围内的散射信号采集，可捕获相变过程中发生较宽尺度范围（0.1nm~100nm）内的结构变化信息。BL19U2线站配备快速采集频率的探测器、快速时间响应快门系统以及多种“泵浦-探测”原位实验装置，结合高亮度同步辐射X射线，可用于开展生物大分子动态过程以及材料相变的时间分辨结构研究，提供一个以生物溶液小角散射为主，兼顾常规小角散射和广角散射同时测量的实验平台。目前小角-广角散射联用技术已作为常用探测模式对用户开放。线站详细信息可参考Nucl.Sci.Tech(2020)31:117 (DOI:10.1007/s41365-020-00825-3)。
