《低居里溫度弛豫鐵電體電致冷效應的研究》是依託南京大學，由劉治國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低居里溫度弛豫鐵電體電致冷效應的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉治國
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用鐵電材料的電熱效應的鐵電致冷技術被視為新型的室溫致冷技術的理想之選。目前，遠高於室溫的居里溫度和較窄的工作溫度範圍是制約鐵電致冷技術套用的兩個關鍵因素。居里溫度在室溫附近的弛豫鐵電體是鐵電致冷技術走向套用的理想材料。本項目擬以（Ba，Ca）（Ti，Sn，Zr）O3基鈣鈦礦型無鉛鐵電材料為體系，藉助三臨界相變點和準同型相界理論，尋找居里溫度在室溫附近的弛豫鐵電體，通過磁控濺射法，sol-gel法或PLD法生長組分可控的馳豫鐵電體薄膜，系統研究不同生長工藝、薄膜組分、晶粒取向及應變等參數對材料電熱性能的影響，藉此確立最有效的材料組分及薄膜製備工藝，結合第一性原理理論計算方法闡明相關機制，為基於鐵電製冷的室溫製冷技術提供基礎理論和材料體系的支撐。
結題摘要
本項目比較系統地研究了BST體系陶瓷的成分、介電鐵電性能、微觀結構與電熱性能之間的關係，提出增強無鉛陶瓷材料在室溫下的電熱效應的方法。獲得主要成果如下： 1. 發現四相臨界點處由於多相共存，擁有數目較多且能量接近的極化態，在電場變化時容易引起較大的熵變，從而導致大的電熱效應。另外由於此處各極化態之間轉變的能量較小，所以在較低的電場下即可引起大電熱效應。BST陶瓷體系在準四相臨界點附近組分(x=0.12)處具有最優的電熱性能，在10kV/cm時，單位電場下電熱性能為T/E =0.027 Kcm/kV和S/E=0.0345 J•cmkg-1K-1kV-1. 2.鐵電彌散相變會拓寬陶瓷的電熱製冷溫度區間。與純鈦酸鋇的狹窄電熱峰不同，由於存在鐵電彌散相變，BST (x=0.12)在接近室溫的較寬溫區(Tspan =55 K)中維持高電熱效應。而居里溫度更低的x=0.18的電熱半峰寬更是擴大到70 K，表明其在室溫範圍內具有穩定的電熱性能。 3. 準同型相界(MPB)可以提高陶瓷在室溫附近的電熱效應。BST陶瓷x=0.02在MPB附近的電熱強度（T/E）高達0.037 Kcm/kV。另外當鐵電-鐵電相變,與鐵電-順電相變溫度接近時，電熱效應的銜接有助於拓寬電熱材料的工作溫區。這使得x=0.08在接近100K的溫區中都有較為出色的製冷溫度和熵變輸出。 4. 此外，我們還藉助第一性原理的方法設計了兩種在熱彈製冷和電熱製冷方面有套用潛力的二維材料。 在項目資助下發表SCI論文12篇；培養碩士生9名，其中6名已經取得碩士學位，1名已經取得博士學位，2名博士生在讀。項目投入經費80萬元，支出61.1681萬元，各項支出基本與預算相符，略有節餘。剩餘經費18.8319萬元，計畫用於本項目研究後續支出。
