《PMN-PT弛豫鐵電單晶室溫致冷特性及機理研究》是羅來慧為項目負責人，寧波大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：PMN-PT弛豫鐵電單晶室溫致冷特性及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：羅來慧
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
探求在室溫具有優異致冷特性的鐵電材料，對於研製新型微型致冷器具有非常重要的意義。本項目以具有擇優取向的PMN-PT弛豫鐵電單晶為研究對象，在PMN-PT單晶的居里溫度附近，通過電場控制電極矩的有序-無序轉變以及電場誘導順電-鐵電相變導致的巨大熵變來獲得超大的致冷效果（電熱效應）。本項目通過下降法生長PMN-PT單晶，分別利用差示量熱掃瞄器、熱力學關係研究PMN-PT單晶電熱效應的溫。通過研究PMN-PT單晶的電熱效應與組分、取向、後處理的關係，確定出用作室溫致冷材料用的最佳晶體組分、晶體學取向以及後處理工藝，製備出高電熱效應鐵電致冷材料。在此基礎上，結合第一性原理計算與高分辨結構分析儀器，開展PMN-PT單晶在不同電場及溫度下微觀結構的研究，探索PMN-PT單晶高電熱效應的機理。通過這些研究，研製出在室溫具有優異電熱效應的PMN-PT單晶，並為探索新型的鐵電致冷材料提供實驗與理論指導。
結題摘要
本項目利用下降法製備了大尺寸不同取向以及組分的PMN-PT單晶，研究了不同的組分:PMN-0.14PT,PMN-0.17PT,PMN-0.29PT晶體的電熱效應。利用鐵電分析儀以及唯象理論間接計算了單晶的電熱效應，建立了電熱效應與晶體組分、相變以及居里溫度之間的關係。結果顯示電熱效應隨著PT含量的增加電熱效應增加，在準同型相界附近具有最大的電熱效應，所研究的結果還顯示電熱效應與壓電效應之間存在內在的聯繫，此外還發現晶體在居里溫度附近電熱效應最大。選取了壓電性能優越的<001>以及具有高熱釋電回響的<111>取向為代表，研究了弛豫鐵電單晶的取向對晶體電熱效應的影響。研究的結果顯示取向對晶體的電熱效應影響也很大，<001>取向的晶體的電熱效應比<111>方向的大，但電熱效應峰尖銳，最大的電熱效應達到了2.3K，這主要是自發極化的方向與取向的關係不一樣導致的。我們還研究了疲勞對晶體極化強度的影響，其中的一個主要原因是裂紋擴展導致的。此外搭建了一套直接測量電熱效應的裝置，觀察到了電熱效應。根據電熱效應的機理，利用NBT鐵電材料的退極化相變設計了NBT-KN陶瓷，所設計的陶瓷在室溫附近具有1.7K的電熱效應。本項目的研究的結果證明了鐵電材料的極化強度、相變、耐擊穿場強決定了鐵電材料的電熱效應，鐵電體的電熱效應是一種有效的致冷技術。
