铁电致冷材料及其应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com一第16卷第5期压l毡与声光V01．16No．51994年1O月PIEZOELECTRICS＆AcOUSTOOPTICS0ct．1994铁电致冷材料及其应用钱正洪张文差杜晓葚松7／摘要利用铁电材料的电热效应(即遵热释电效应)可以制作新型致冷器。近年的研究进展表明，铁电致玲有可能发展戒为一种新型的室温致冷技术。本文扼要介绍了铁电致冷的基本原理、可行性，以及铁电致冷材料和相关技术的发展，并展望丁铁电致冷材料的发展前景。关键词皇堡，氅皇塑毫剀嚣FerroelectricRefrigera

2、toryMaterialsandTheirApplicationsXlaoDingquanZhuJiangguoYangBinQianz．enghongZhangWenDuXiaosong(DelmrtmentofMaterialsScience；SichuanUniversity,610064、Chengdu)Ahstrac~cryogen~refrigerationcouldberealizedbyusingtheelectrocalorlceffect(i．e．in-versionpyroeleetrleeffect)of

3、ferroelectricmaterials，Theresearchprogressesinrecentyearsshowthatferroeleetricrefrigerationwouldbeanewtechniqueofcryogenicrefrigerationworkingnearroomtemperature．Thefundamentals，feasibility．prospectofthisresearchfieldarebrieflyintro-ducedinthispaper．Keywordselectroca

4、lorieeffect，ferroelectrkmaterials，refrigerator氧层遭到日趋严重的破坏，根据《保护臭氧层1前言维也纳国际公约》和《关于消耗臭氧层物质的具有热释电效应(pyroelectriceffect)的蒙特利尔议定书》，在全世界范围内将限制和材料，必定具有电热效应(electricalorieef．禁止使用目前应用最为广泛的致冷材料——feet，又称逆热释电效应)，即对该材料绝热氟利昂。因此．探索和发展不含氟利昂的致冷施加电场使其“极化”，材料的温度将升高}反技术，是全世界科技界所面临的亟待解决的

5、之，若绝热施加反向电场材料去“极化”，材料重大研究课题。目前，人们主要在两个方面从的温度将降低。前者称为绝热极化加热，后者事不懈的研究：一是研制氟利昂的代用材料，称为绝热去极化致冷(类似于绝热去磁致但尚未找到性能完善的代用品}二是根据不冷)[1]。铁电材料具有热释电效应．因此，原则同的致冷原理，寻找新的致冷材料．研究新型上讲，利用铁电材料的电热效应可以制备铁致冷器电致冷器。但以往的研究表明．具有较大电热在新型致冷材料和致冷器的研究中，一效应的材料．其工作温度都较低(<15K)，只条途径是利用去磁效应或磁热效应研制致冷限于在饭低温

6、区工作才有意义【。器，目前已取得一定进展。在温度低于20K，为了保护人类的生态环境，防止大气臭已找到了较台适的磁致冷材料，并用之制备*国家自然科学基金资助课题本文1994年6月11日收到。●维普资讯http://www.cqvip.com压电与声光了磁致冷原型机。但在20～77K和77K以温度降低只有几十分之一度。只有少数几种上，目前研究的材料还存在较多问题，磁致冷材料(如KDP)，其电热效应可以使材料产生原型机的结果也很不理想，特别是在室温温1K左右的温度降低。而且，电热效应的最大区而且由于获取和控制强磁场较困难，磁致值往往在

7、其居里点附近的很窄的一段温区。冷工质材料价格偏高等原因，故目前磁冷装因而，电热效应致冷的实用性有待于研究和置离实用化还远。另一条可能的途径是寻找发展新型的铁电致冷材料，它们在相当宽的合适的铁电材料，研制铁电去极化致冷器。理温度范围内的电热温度变化AT应不低于论计算表明“]，利用电热效应的绝热去极化1K。致冷所能获得的最低温度比绝热去磁致冷获绝热去极化致冷所利用的电热效应得的要低得多。此外，绝热去极化致冷比绝热(ECE)，是在绝热加电场条件下使热释电材去磁致冷优越之处还在于电场比磁场易于控料温度发生改变的一般性质。通过对热源、功制

8、。率、工质材料的质量和尺寸等参量的设计，可发展铁电致冷器的关键是研制较理想将ECE用于多级低温致冷装置在外加电场的，能在室温附近工作且具有较大电热效应作用下，对一个热循环在材料的一级相变时的铁电材料，其次是设计新型的致冷循环系可望获得较大的ECE值，从而使得材料