來源：Advanced Energy Materials

鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202506036

01 背景介紹

芯片微型化與高集成化導(dǎo)致熱管理需求激增，傳統(tǒng)制冷技術(shù)難以兼顧 “高效吸熱” 與 “最低能耗”，而電場驅(qū)動的電熱效應(yīng)（ECE）因高制冷效率、硅兼容性、低噪聲、環(huán)境友好等特性，成為極具潛力的解決方案。電熱效應(yīng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)為絕熱溫度變化（ΔT）和熵變（ΔS），多數(shù)材料僅能實現(xiàn)單一正電熱效應(yīng)（PEC，ΔT>0）或負(fù)電熱效應(yīng)（NEC，ΔT<0），而同時具備雙向效應(yīng)的材料可顯著提升制冷效率，但單一低功耗薄膜中實現(xiàn)高效雙向 ECE 仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

02 成果掠影

近日，西安電子科技大學(xué)彭彪林、安徽工業(yè)大學(xué)劉明凱、西安交通大學(xué)張樂以及深圳大學(xué)鄒繼兆團(tuán)隊在弛豫鐵電薄膜中提出了“對稱性匹配缺陷偶極態(tài)調(diào)控”新思路。通過調(diào)控缺陷偶極在不同熱激活條件下的對稱性匹配行為，使薄膜在不同溫區(qū)呈現(xiàn)截然相反的電卡響應(yīng)，從而在同一材料體系內(nèi)實現(xiàn)了正電熱效應(yīng)（PEC）與負(fù)電熱效應(yīng)（NEC）的協(xié)同與可編程調(diào)控。研究在（111）取向的Pb中計算得到PEC和NEC的溫度變化分別為ΔT = 30.2K和ΔT =-10.2K（Ni1/3Nb2/3）0.5Zr0.15Ti0.35O3（PNN-PT-PZ）弛豫薄膜，幾乎是所有具有代表性的EC冷卻方案。這種巨大的雙向電熱效應(yīng)歸因于缺陷偶極子在不同的熱激活狀態(tài)下的不同對稱一致性行為。在室溫下，界面應(yīng)力和大的驅(qū)動電場增強了缺陷偶極子與本征極化的對稱性符合，有利于PEC的正耦合。高溫不僅使四角→菱面體轉(zhuǎn)變具有正的熱釋電常數(shù)，而且破壞了缺陷偶極子的本征極化和對稱性符合態(tài)，研究結(jié)果為開發(fā)用于芯片級熱管理的高效硅兼容EC冷卻技術(shù)提供了重要的見解。研究成果以“Giant Bidirectional Electrocaloric Effects in Single Relaxor Ferroelectric Film by Manipulating Symmetry-Conforming Defect Dipole States”為題發(fā)表在《Advanced Energy Materials》期刊。

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