電卡制冷效應(yīng)是以電場為廣義力驅(qū)動的場致相變制冷效應(yīng).由于電場加載方式的便捷性,電卡制冷材料與系統(tǒng)迅速獲得學(xué)界與業(yè)界的廣泛關(guān)注.電卡制冷材料循環(huán)能效高,比制冷功率大,易于系統(tǒng)集成,有望滿足高效制冷系統(tǒng)的輕量化,微型化和化的需求.然而,電卡制冷技術(shù)在實用化過程中依然存在很多亟需突破的技術(shù)瓶頸,例如:一般電卡材料的高性能溫度窗口較窄,驅(qū)動電場高,循環(huán)壽命低,機(jī)械強(qiáng)度較低,熱導(dǎo)率不足;系統(tǒng)制冷容量較低,工質(zhì)集成工藝不成熟.本文立足于電卡固態(tài)制冷系統(tǒng)設(shè)計需求,從物理原理,材料改良,樣機(jī)設(shè)計,系統(tǒng)集成四個方面介紹電卡制冷技術(shù)研究近年來的進(jìn)展;并綜述報告人及其本課題組十二年間在電卡制冷材料,器件與系統(tǒng)中所作的工作,展望電卡制冷技術(shù)未來的發(fā)展方向與潛在突破口.

電卡效應(yīng)(Electrocaloric Effect)是在極性材料中因外電場的改變從而導(dǎo)化狀態(tài)發(fā)生改變而產(chǎn)生的絕熱溫度或等溫熵的變化。由于電卡效應(yīng)直接與極化強(qiáng)度的變化相關(guān),因而強(qiáng)極性的鐵電材料能產(chǎn)生較大的電卡效應(yīng)。對極性材料施加電場,材料中的電偶極子從無序變?yōu)橛行?材料的熵減小,在絕熱條件下,多余的熵產(chǎn)生溫度的上升。移去電場,材料中的電偶極子從有序變?yōu)闊o序,材料的熵增加,在等溫條件下,材料從外界吸收熱量使能量守恒。或在絕熱條件下,不足的熵導(dǎo)致材料溫度的下降。

ECM -150型電卡效應(yīng)測試系統(tǒng)是一款專為測試高壓下鐵電材料表面溫度變化的測量系統(tǒng)。通過添加在材料表面的電場值變化，探測材料的溫度值變化。本系統(tǒng)由真空系統(tǒng)與溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，能適用于陶瓷等材料的電卡效應(yīng)測量。本系統(tǒng)標(biāo)配有全自動化的程序系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)保存功能，操作快捷。