電卡制冷效應是以電場為廣義力驅動的場致相變制冷效應.由于電場加載方式的便捷性,電卡制冷材料與系統迅速獲得學界與業界的廣泛關注.電卡制冷材料循環能效高,比制冷功率大,易于系統集成,有望滿足高效制冷系統的輕量化,微型化和化的需求.然而,電卡制冷技術在實用化過程中依然存在很多亟需突破的技術瓶頸,例如:一般電卡材料的高性能溫度窗口較窄,驅動電場高,循環壽命低,機械強度較低,熱導率不足;系統制冷容量較低,工質集成工藝不成熟.本文立足于電卡固態制冷系統設計需求,從物理原理,材料改良,樣機設計,系統集成四個方面介紹電卡制冷技術研究近年來的進展;并綜述報告人及其本課題組十二年間在電卡制冷材料,器件與系統中所作的工作,展望電卡制冷技術未來的發展方向與潛在突破口.

電卡效應(Electrocaloric Effect)是在極性材料中因外電場的改變從而導化狀態發生改變而產生的絕熱溫度或等溫熵的變化。由于電卡效應直接與極化強度的變化相關,因而強極性的鐵電材料能產生較大的電卡效應。對極性材料施加電場,材料中的電偶極子從無序變為有序,材料的熵減小,在絕熱條件下,多余的熵產生溫度的上升。移去電場,材料中的電偶極子從有序變為無序,材料的熵增加,在等溫條件下,材料從外界吸收熱量使能量守恒。或在絕熱條件下,不足的熵導致材料溫度的下降。

ECM -150型電卡效應測試系統是一款專為測試高壓下鐵電材料表面溫度變化的測量系統。通過添加在材料表面的電場值變化，探測材料的溫度值變化。本系統由真空系統與溫度數據采集系統組成，能適用于陶瓷等材料的電卡效應測量。本系統標配有全自動化的程序系統，實時數據保存功能，操作快捷。