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高综合性能电卡复合材料及大功率制冷器件
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作者 李强 杜飞宏 +3 位作者 冯嘉旺 施骏业 陈江平 钱小石 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期420-426,共7页
通过制备BaZr_(0.2)Ti_(0.8)O_(3)-P(VDF-TrFE-CFE)复合材料来改善聚合物基电卡材料的综合性能,设计基于流固耦合传热的大功率制冷器件并通过有限元仿真来评估以不同电卡材料为制冷核心元件的器件制冷能力和效率。结果表明:相较于基础... 通过制备BaZr_(0.2)Ti_(0.8)O_(3)-P(VDF-TrFE-CFE)复合材料来改善聚合物基电卡材料的综合性能,设计基于流固耦合传热的大功率制冷器件并通过有限元仿真来评估以不同电卡材料为制冷核心元件的器件制冷能力和效率。结果表明:相较于基础聚合物,BZT质量分数为10%的复合材料T-BZT-10%具有显著优异的电卡制冷性能和导热性能。在10 K的温度跨度下,以T-BZT-10%为制冷核心元件的电卡器件可实现31.0 W/cm^(3)的制冷功率密度和1060.4 W的总制冷功率为基础电卡制冷器件的10倍),且COP达到5.2。 展开更多
关键词 复合材料 数值仿真 导热系数 电卡效应 制冷器件
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电卡制冷材料与系统发展现状与展望 被引量:5
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作者 李子超 施骏业 +1 位作者 陈江平 钱小石 《制冷学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-13,共13页
电卡制冷循环基于巨电卡效应,利用电介质极化/退极化过程中的可逆焓变实现热力学循环。电卡制冷循环使用固态工质,环境友好、能量转化效率高。固态工质直接由电能驱动,结构简单,在微系统制冷领域拥有潜在技术优势。近十年来,国际上多个... 电卡制冷循环基于巨电卡效应,利用电介质极化/退极化过程中的可逆焓变实现热力学循环。电卡制冷循环使用固态工质,环境友好、能量转化效率高。固态工质直接由电能驱动,结构简单,在微系统制冷领域拥有潜在技术优势。近十年来,国际上多个研究机构在铁电陶瓷、单晶、高分子、液晶等凝聚态材料中陆续观测到巨电卡效应;电卡制冷热力学循环研究亦均取得进展。本文从电卡效应的热力学原理、工质材料、制冷系统的仿真与验证三个方面综述电卡制冷技术的研究现状和发展方向。目前,电卡工质温变极限可达40~50 K,循环不可逆损失小于10%;理论热力学完善度可达40%~60%;实际系统零负载温宽达14 K。电卡制冷技术未来的发展需要在凝聚态相变理论、新材料合成、工质集成工艺、固态界面传热/传质、固态热力学循环等跨学科研究领域实现协同突破,从而发挥其在微制冷系统领域的技术潜力。在未来电卡制冷有望为我国芯片冷却、动力电池热管理等关键技术的发展提供高效、紧凑的热管理解决方案。 展开更多
关键词 电卡效应 固态制冷技术 铁电与弛豫铁电体 电介质 热管理技术
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面向零碳制冷与热泵的电卡复合材料及柔性制冷器件
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作者 冯嘉旺 蔡玉 +1 位作者 施骏业 钱小石 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期925-943,共19页
电卡效应是一种新型凝聚态制冷效应,其来源于极性材料的电致相变导致的偶极有序度的可逆调控.由于使用电容型场效应(无载流子输运),电卡制冷循环能量可逆性好、介电损耗低,在单次极化-退极化循环中材料能量回复效率接近85%.因此,电卡制... 电卡效应是一种新型凝聚态制冷效应,其来源于极性材料的电致相变导致的偶极有序度的可逆调控.由于使用电容型场效应(无载流子输运),电卡制冷循环能量可逆性好、介电损耗低,在单次极化-退极化循环中材料能量回复效率接近85%.因此,电卡制冷器件具有理论能效高、制冷功率密度大、器件集成度高、易维护、噪音低和尺寸缩放可控等优点.同时,由于其直接使用电能作为驱动,无需压缩机、永磁体等触发二次能量转换,能更方便地与民用、商用环境结合.综合各项指标,电卡效应具有的潜在技术优势不容忽视,被国际上多个组织认为有望成为一种大规模应用的替代制冷方式.然而,目前电卡制冷系统所使用的各类单相材料各自存在难以突破的缺陷.为了结合不同体系材料的优势,设计并制备复合材料是领域内重要的研究方向.综述电卡制冷复合材料的发展与其在柔性制冷/热泵系统中的应用,并展望电卡固态热管理技术在一揽子零碳技术中的未来发展方向与潜力. 展开更多
关键词 电卡制冷 复合材料 柔性制冷器件 热力学循环 热泵
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往复间歇式柔性薄膜电卡器件的实验与仿真分析
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作者 张楹婧 施骏业 钱小石 《制冷技术》 2024年第2期1-10,共10页
基于铁电聚合物的电卡制冷技术在可穿戴、便携式、分布式热管理等场景中具备潜在应用优势。本文构建了一种高效紧凑的往复间歇式柔性薄膜电卡器件,采用铁电聚合物P(VDF-Tr FE-CFE)作为电卡材料,实现了1.6 K的温度跨度。为进一步改善器... 基于铁电聚合物的电卡制冷技术在可穿戴、便携式、分布式热管理等场景中具备潜在应用优势。本文构建了一种高效紧凑的往复间歇式柔性薄膜电卡器件,采用铁电聚合物P(VDF-Tr FE-CFE)作为电卡材料,实现了1.6 K的温度跨度。为进一步改善器件性能,开发了一维瞬态热设计仿真平台,并基于实验结果对仿真模型的可靠性进行了验证。通过仿真计算,讨论了各设计参数对于器件温跨、制冷功率密度及性能系数的影响规律。结果表明:通过优化运行工况及材料属性,电卡器件能够在3 K的温度跨度下最高达到3 039 mW/cm2的制冷功率密度。 展开更多
关键词 热管理 电卡效应 弛豫铁电体 热阻
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Chemical adsorption on 2D dielectric nanosheets for matrix free nanocomposites with ultrahigh electrical energy storage 被引量:3
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作者 Jie Chen Zhonghui Shen +4 位作者 Qi Kang Xiaoshi Qian Shengtao Li Pingkai Jiang Xingyi Huang 《Science Bulletin》 SCIE EI CSCD 2022年第6期609-618,M0004,共11页
Relaxor ferroelectric polymers display great potential in capacitor dielectric applications because of their excellent flexibility,light weight,and high dielectric constant.However,their electrical energy storage capa... Relaxor ferroelectric polymers display great potential in capacitor dielectric applications because of their excellent flexibility,light weight,and high dielectric constant.However,their electrical energy storage capacity is limited by their high conduction losses and low dielectric strength,which primarily originates from the impact-ionization-induced electron multiplication,low mechanical modulus,and low thermal conductivity of the dielectric polymers.Here a matrix free strategy is developed to effectively suppress electron multiplication effects and to enhance mechanical modulus and thermal conductivity of a dielectric polymer,which involves the chemical adsorption of an electron barrier layer on boron nitride nanosheet surfaces by chemically adsorbing an amino-containing polymer.A dramatic decrease of leakage current(from 2.4×10^(-6)to 1.1×10^(-7)A cm^(-2)at 100 MV m^(-1))and a substantial increase of breakdown strength(from 340 to 742 MV m^(-1))were achieved in the nanocompostes,which result in a remarkable increase of discharge energy density(from 5.2 to 31.8 J cm^(-3)).Moreover,the dielectric strength of the nanocomposites suffering an electrical breakdown could be restored to 88%of the original value.This study demonstrates a rational design for fabricating dielectric polymer nanocomposites with greatly enhanced electric energy storage capacity. 展开更多
关键词 Boron nitride nanosheets Electron barrier layer Relaxor ferroelectric polymers NANOCOMPOSITES Electrical energy storage
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