陶瓷含量对BCZT/PVTC复合铁电薄膜的调控及电热强度的影响

针对铁电聚合物材料电热制冷能力弱、需要高电场诱导极化等问题,在聚合物基体中引入高极化纳米陶瓷粉末,利用溶液浇铸法制备了陶瓷-聚合物复合铁电材料。通过微观结构表征、介电与铁电性能分析陶瓷掺杂量对复合材料整体性能的调控机制;利用唯象理论计算锆钛酸钡钙/聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯(BCZT/P(VDF-TrFE-CFE))复合材料在室温下的绝热温变以及电热强度。结果表明:当陶瓷质量分数大于12%时,会影响聚合物基体分散的均匀性,导致纳米颗粒发生团聚,引起漏电流效应。界面电荷的贡献以及陶瓷颗粒分散在聚合物基体中作为电荷核产生局部电场,进一步促进内部偶极子的翻转。在不同的陶瓷质量分数的复合材料中,当陶瓷质量分数为9%时,复合材料的电热性能最优,在35℃、电场强度为48 MV×m^(-1)时表现出4.36 K的高绝热温度变化,其电热强度可达0.091 K×m×MV^(-1)。

基于电热效应的带状制冷结构的模拟研究

提出了一种基于电热效应的带状电热模块的模块化固体制冷装置。在该装置中,由电热材料P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物制成带状电热模块,在驱动轮带动下依次通过电极、热端蓄热器、冷端蓄热器实现电热效应的4个阶段,实现连续供冷。利用数值模拟对该结构的一个制冷单元进行了研究,研究了电热模块的极化时间、长度、运动速度、温度跨度以及所施加的电场强度的影响。研究结果表明:电热模块的极化时间对获得稳定的制冷功率密度(CPD)至关重要。CPD随着电热模块长度的增大而增大,随着其运动速度的增大而增大,随着两端温度跨度的增加而减小,并且与电场强度表现出很强的正相关性。另外,不同电场强度下存在最佳的COP/COPc值。在温度跨度为3 K、电场强度为160 MV/m的情况下,该制冷单元的CPD达到了6.61 W/cm^(2)。