一、研究背景

传统制冷技术主要是利用氟利昂制冷剂进行制冷，在制冷的过程中会产生大量的氟化温室气体，对大气臭氧层产生了不容忽视的影响。同时近年来科学技术的飞速发展使得在生产、生活中占据了关键地位的电子器件趋向于小型化、轻量化、集成化以及多功能化发展。所以传统制冷技术在环保和应用方面都难以满足未来多功能化集成器件的发展需求。因此，基于电卡效应(ECE)的固态制冷技术作为传统制冷技术的一种很有前途的替代方案越来越受到人们的关注。

电卡效应是指在绝热条件下，外加电场诱导极性材料内部的电偶极子极性状态发生变化进而导致材料产生的吸放热现象。在目前所研究的电卡制冷材料中，无铅铁电材料被认为是研究电卡效应的最佳材料，并得到了广泛的研究。电卡效应制冷材料通常希望在较宽的温度范围内实现较大的温度变化。但是在目前的研究中，正常铁电体利用铁电—顺电相变可获得较高的∆T，但是其制冷工作温度很窄。因此，进一步的策略是构造弛豫相变来拓宽制冷工作温区。然而，弛豫型铁电体由于其弥散的相变特性及极性纳米区域(PNRs)的存在牺牲了铁电体固有的极化响应，往往只有在高电场(∆E)才可实现较大的制冷。所以较宽的制冷工作温区和较大的制冷能力往往难以兼得是目前迫切需要解决的问题之一。

二、研究成果

近日，内蒙古科技大学郝喜红教授团队报道了在铌酸钠钾(KNN)弛豫体系中，通过将陶瓷利用先进的流延制备技术制备成多层陶瓷电容器(MLCC),可以显著的增强陶瓷的击穿电场。利用弛豫相变和高电场的协同作用，在无铅MLCC器件中成功获得了具有大的电卡效应(∆T = 2.45 K)和宽的室温制冷工作温区(>60 °C)相结合的优异性能。相关工作以题目为“Enhanced electrocaloric effect of relaxor potassium sodium niobate lead-free ceramic via multilayer structure”发表在Scripta Materialia期刊上。论文第一作者为硕士研究生杨俊林，现于北京理工大学读博；通讯作者为郝喜红教授。

三、图文导析

图1 研究思路导图

图2 陶瓷和MLCC的XRD、SEM和元素谱表征

图3 陶瓷和MLCC的介电性能和电学性能表征

图4 MLCC的电卡性能表征

四、团队介绍

郝喜红教授的团队为电子信息与能源材料高校创新团队。团队研究方向包括高储能密度介电新材料开发、外场诱导介电材料电卡效应基础研究、铁电、压电材料的光-电多功能基础研究等。实验室是集材料与器件制备、性能测试与分析及理论计算为一体的综合性实验室。实验室占地面积500余平米，拥有磁控溅射仪、流延机、静电纺织机、离子溅射仪、台式匀胶机、电动粉末压片机、台式高速离心机、快速热处理炉、箱式电阻炉、管式炉等材料与器件制备设备；配备了原子力显微镜、铁电测试系统、压电能量收集系统、DSC测试系统、荧光光谱仪、耐压测试仪、准静态d33测量仪、吉时利数字源表、紫外/可见/近红外分光光度计、多通道光化学反应装置、激光粒度分析仪等结构与性能表征设备；同时高性能服务器辅以材料计算与模拟。课题组目前在Progress in materials science、Nano Energy、Adv. Optical Mater、Jouranal of Materials Chemistry A、Jouranal of Materials Chemistry C、ACS Appl Mater Interfaces、Acta Materialia、Applied Physics Letters、美陶欧陶等国际学术期刊上发表SCI论文110余篇。课题组科研条件优越，学术氛围浓厚，欢迎相关专业学生报考，课题组永远虚位以待！

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.10.034

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编  辑 | 电介质小助手

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