電卡制冷
關注創建者：獨行俠1 創建時間：2019-01-09
電卡制冷的實例教程
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p>隨著十年前凝聚態材料中巨電卡效應( Giant Electrocaloric Effect)的發現,如今電卡制冷技術從材料端到器件端都取得了長足的進展,并成為顛覆性創新研究熱點。由于無需依賴壓縮機目軀動電場能容易回收,電卡制冷器件輕便、無噪聲、易集成,因此有望應用在傳統技術以滿足的一些新需求、新領域中,例如:可穿戴熱管理器件、(數據中心)芯片原位熱管理、電動汽車低能耗熱管理等。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/5ac31d4a81a9439d9a72208e7273079e.png" height="515" width="596"></p><p> 電卡效應是凝聚態材料在變化的電場強度下表現出的一種可逆的溫度變化。在電場變化過程中,電介質發生電偶極子嫡變,釋放或吸收相變潛熱。利用電卡材料的這一特性,可以建立與傳統蒸氣壓縮式制冷循環一一對應的電致固-固相變循環。和傳統制冷方式相比,其工作過程不直接釋放溫室氣體;而電能的回收和再利用使電卡制冷技術表現出非常高的循環效率。電卡制冷技術直接使用電場軀動,輕便無噪音、易集成,在可穿戴熱管理、芯片熱管理、分布式局域熱管理、航空航天等領域具有巨大的潛力。
展開 【前言】
制冷技術的應用覆蓋了國家安全、工農業生產、生物醫療、科學研究和日常生活等各領域。目前制冷仍幾乎完全依賴壓縮機技術，但壓縮機制冷無法擺脫制冷劑的使用，對全球環境和氣候影響顯著。此外，壓縮機制冷效率低，每年消耗超過6%的全球總電能，間接排放CO2約52億噸，進一步危害環境。再者，壓縮機體積大、重量重，無法用于集成電路芯片的局域制冷。因此，開發體積小、重量輕的新型高效環保制冷技術迫在眉睫。電卡效應通過電場來誘導鐵電體的相變和偶極熵變、控制材料的吸/放熱過程，可實現熱搬運和制冷。電卡制冷無需危害環境的制冷劑，效率更是壓縮機制冷的3-5倍，且具有體積小和重量輕的特點。電卡效應將為制冷技術的發展帶來革命性突破。
電卡制冷走向實用的關鍵在于高性能電卡材料的制備。鐵電聚合物是實現高性能電卡制冷最具潛力的材料之一，但是其強電卡效應需要較高的電場來激發。另外，聚合物熱導率低，這嚴重制約了電卡材料與制冷器的快速傳熱，限制了其實際制冷效果。
【圖文導讀】
圖1
(a)鐵電聚合物納米線陣列—多孔氧化鋁模板混合型電卡材料示意圖；(b-i) 混合型電卡材料的微觀結構圖。
針對上述挑戰，近日華中科技大學光學與電子信息學院姜勝林教授、張光祖副教授團隊、賓夕法尼亞州立大學Qing Wang教授課題組、Sulin Zhang教授課題組和華中科技大學能源與動力工程學院楊諾教授團隊合作，提出了全新的基于鐵電聚合物納米線陣列—多孔氧化鋁模板的混合型電卡材料（圖1）。
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電卡制冷的最新內容
利用電卡材料的這一特性,可以建立與傳統蒸氣壓縮式制冷循環一一對應的電致固-固相變循環。和傳統制冷方式相比,其工作過程不直接釋放溫室氣體;而電能的回收和再利用使電卡制冷技術表現出非常高的循環效率。電卡制冷技術直接使用電場軀動,輕便無噪音、易集成,在可穿戴熱管理、芯片熱管理、分布式局域熱管理、航空航天等領域具有巨大的潛力。
固態相變熱效應主要包括磁卡效應（magnetocaloric effect, MCE）、電卡效應（electrocaloric effect, ECE）、彈卡效應（elastocaloric effect, eCE）以及壓卡效應（barocaloric effect, BCE）。
因此，開發體積小、重量輕的新型高效環保制冷技術迫在眉睫。電卡效應通過電場來誘導鐵電體的相變和偶極熵變、控制材料的吸/放熱過程，可實現熱搬運和制冷。電卡制冷無需危害環境的制冷劑，效率更是壓縮機制冷的3-5倍，且具有體積小和重量輕的特點。電卡效應將為制冷技術的發展帶來革命性突破。
電卡制冷走向實用的關鍵在于高性能電卡材料的制備。
