摘要：纳米复合电介质具有制冷效率高、重量轻、体积小、不产生温室效应、对臭氧层无严重危害等优异性能,在开发下一代可穿戴全固态制冷器件方面具有广阔的应用前景。然而,纳米复合电介质的低电卡强度严重限制了其广泛应用,通常需要高加载电压来改善其电卡效应。首先,通过对铁电陶瓷和铁电聚合物基体的优化选取及电卡性能重要参数进行分析,介绍了聚合物纳米复合材料电卡效应的最新研究进展。随后,对现有的器件/制冷系统进行了分析,系统综述了围绕电卡纳米复合材料进行的器件概念设计及系统优化设计。最后,从材料选择、结构设计以及改善柔性固态制冷器件方面,围绕聚合物纳米复合电介质仍需考虑的主要问题进行了总结,并对其发展前景进行了展望。

摘要：电卡效应制冷是一种新兴的绿色固态制冷技术,由于具有成本低、COP高及可微型化等优点被认为是取代传统压缩机制冷的选择之一。现今阻碍电卡制冷器件应用的主要问题是电卡材料单片温变不足,在器件设计中采用回热式或串联式结构可将材料温变放大至工程应用量级。介绍了串联式电卡制冷器件中热开关装置的概念、性能指标及目前国内外相关研究成果并结合电卡效应原理分析了不同种类热开关在电卡制冷器件中的适配性。介绍了回热式和串联式电卡制冷原型器件的研究成果,基于串联式电卡制冷器件进行模拟计算,分析热开关装置的性能对制冷器件性能的影响。串联式结构理论上更适配于电卡制冷器件,利用电场驱动流体介质的热开关装置响应速度快、断开热阻大的特点可以帮助串联式电卡制冷器件突破现今技术瓶颈,从而发挥电卡制冷技术在各制冷系统领域的技术潜力。

摘要：基于电卡效应的固态制冷技术,具有高效、环境友好、轻量、低成本和易于小型化等优点,是替代传统压缩机制冷的理想技术之一。在施加或去除电场时产生较大极化变化的铁电材料,则是制备基于电卡效应固态制冷器件的理想材料。近年来,人类对环境可持续发展的需求,使无铅块体陶瓷的电卡效应研究成为铁电材料领域的研究热点之一。本文首先回顾电卡效应研究历史上的标志性事件,随后简要介绍电卡制冷的原理,提出了在室温附近获得宽温区和大电卡温变的材料设计思路,之后系统综述了BaTiO3基、Bi0.5Na0.5TiO3基和K0.5Na0.5NbO3基无铅块体陶瓷电卡效应的研究进展,重点分析了这三类无铅块体陶瓷电卡效应的独特优势和面临的挑战,最后对无铅块体陶瓷电卡效应的发展趋势进行了展望。

摘要：基于电卡效应的铁电制冷技术具有制冷效率高、绿色环保、操控便捷、易于小型化等优点,具有广阔的制冷应用场景。电卡效应是指铁电等极性材料在外电场作用下电偶极子状态改变引发的等温熵变或绝热温变,包括正电卡效应和负电卡效应。正(负)电卡效应是指对铁电体施加(撤去)电场时,铁电体放热;撤去(施加)电场时,铁电体吸热的现象。正、负电卡效应中从外部环境吸收热量的过程均可用于铁电制冷。除优化热释电系数和击穿场强的传统方案外,正、负电卡效应相结合也被认为是提升铁电材料制冷能力的有效手段。然而,负电卡效应存在研究时间短、材料体系少、物理机制不清晰、调控机理不明确等诸多问题,限制了正、负电卡效应的结合及其应用。本文在回顾电卡效应研究进展的基础上,综述了负电卡效应的物理机制和调控机理,讨论了结合正、负电卡效应提升制冷性能的可行性,并对负电卡效应及正、负电卡效应结合的未来研究进行了展望。本文可为负电卡效应研究及提升铁电材料的制冷能力提供新的思路和方向,推动电卡效应的研究。

摘要：通过制备BaZr_(0.2)Ti_(0.8)O_(3)-P(VDF-TrFE-CFE)复合材料来改善聚合物基电卡材料的综合性能,设计基于流固耦合传热的大功率制冷器件并通过有限元仿真来评估以不同电卡材料为制冷核心元件的器件制冷能力和效率。结果表明:相较于基础聚合物,BZT质量分数为10%的复合材料T-BZT-10%具有显著优异的电卡制冷性能和导热性能。在10 K的温度跨度下,以T-BZT-10%为制冷核心元件的电卡器件可实现31.0 W/cm^(3)的制冷功率密度和1060.4 W的总制冷功率为基础电卡制冷器件的10倍),且COP达到5.2。

摘要：近年来,研究发现聚合物与陶瓷中存在显著的电卡效应,推动了电卡效应制冷技术在学术与工业界受到广泛关注。其中,基于聚合物的微型电卡制冷系统由于其柔性特点,逐渐成为新兴研究增长点。但电卡制冷系统器件制备困难较大,采用数值模拟进行性能分析为电卡制冷系统设计提供了重要的研究手段。现有针对电卡系统的数值模拟方法中传热模型较为简化,缺乏对具体传热过程和影响因素的深入分析。本文以微型往复式主动电卡回热器制冷系统为例,通过数值模拟对比讨论了电卡材料性能模型、回滞损失、制冷系统散热器和系统对环境散热四方面因素对系统制冷功率密度的影响规律。结果表明,回滞损失与环境散热对功率密度具有显著影响。为进一步提高微型电卡制冷系统性能并实现较大温差,需减小系统散热损失并降低电卡材料回滞损失。

摘要：由于电场强度能够影响铁电材料的极化强度和介电常数,因此唯象系数a0是电场强度的隐函数.在铁电相区域,唯象系数a0由铁电极化强度和介电常数倒数确定,是电场的非线性函数.在顺电相区域,唯象系数a0由介电常数倒数确定,也是电场的非线性函数.本文研究了铁电共聚物、铁电三聚物和钛酸锶钡钙陶瓷的唯象系数与电场的关系,发现唯象系数随电场的增加而增加,最大约1倍.电卡强度被用来表征电卡材料在电场作用下的电卡效应强弱,通过研究电卡强度可以发现高效率的电卡材料.本文通过热力学理论,得到了电卡强度的解析表达式,发现唯象系数、相变温度、极化强度、比热以及相变温度处的介电常数峰值,对电卡强度具有明显的影响.该表达式适用于一级相变材料、二级相变材料、以及弛豫型铁电体.