Электрокалорический эффект
Электрокалорический эффект — это явление, при котором материал демонстрирует обратимое изменение температуры под действием приложенного электрического поля. Его часто считают физической противоположностью пироэлектрического эффекта .
Механизм
[ редактировать ]Электрокалорический эффект не следует путать с термоэлектрическим эффектом (в частности, эффектом Пельтье ), при котором разница температур возникает при прохождении тока через электрический переход с двумя разнородными проводниками.
Основной механизм эффекта полностью не установлен; в частности, разные учебники дают противоречивые объяснения. [1] Однако, как и при любом изолированном (адиабатическом) изменении температуры, эффект возникает в результате повышения напряжения или понижения энтропии системы. [2] ( Магнитокалорический эффект — аналогичное, но более известное и понятное явление.)
История исследований
[ редактировать ]Электрокалорические материалы были в центре значительного научного интереса в 1960-х и 1970-х годах, но не использовались в коммерческих целях, поскольку электрокалорические эффекты были недостаточны для практического применения: самый высокий отклик составлял 2,5 градуса Цельсия при приложенном потенциале 750 вольт . [1]
сообщалось В марте 2006 года в журнале Science , что тонкие пленки материала PZT (смесь свинца , титана , кислорода и циркония ) показали самый сильный электрокалорический отклик, о котором когда-либо сообщалось, при этом материалы охлаждались на целых ~ 12 К ( 12 °C) при изменении электрического поля 480 кВ/см при температуре окружающей среды 220 °C (430 °F). [1] Структура устройства состояла из тонкой пленки (ЦТС) поверх гораздо более толстой подложки, но цифра 12 К представляет собой только охлаждение тонкой пленки. Чистое охлаждение такого устройства будет ниже 12 К из-за теплоемкости подложки, к которой оно прикреплено.
В том же духе в 2008 году было показано, что сегнетоэлектрический полимер также может достигать температуры охлаждения 12 К, что ближе к комнатной температуре (но выше 70 ° C), чем ЦТС . [3]
В 2023 году исследователи из Люксембургского института науки и технологий разработали устройство, способное создавать разницу температур в 20 К, с возможностью дальнейшей оптимизации, чтобы приблизить эту технологию к конкуренции с другими методами охлаждения. [4]
Благодаря этим новым, более масштабным ответам, практическое применение может стать более вероятным, например, в охлаждении компьютеров или батареях. [5] Кроме того, в долгосрочной перспективе электрокалорический эффект может быть использован в высокоэффективных тепловых насосах . [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с А.С. Мищенко; и др. (март 2006 г.). «Гигантский электрокалорический эффект в тонкой пленке PbZr0,95Ti0,05O3» . Наука . 311 (5765): 1270–1271. arXiv : cond-mat/0511487 . Бибкод : 2006Sci...311.1270M . дои : 10.1126/science.1123811 . ПМИД 16513978 . S2CID 10153472 .
- ^ См. Рейфа
- ^ Низ, Б.; Чу, Б.; Лу, С.-Г.; Ван, Ю.; Фурман Э.; Чжан, КМ (2008). «Большой электрокалорический эффект в сегнетоэлектрических полимерах при комнатной температуре». Наука . 321 (5890): 821–823. Бибкод : 2008Sci...321..821N . дои : 10.1126/science.1159655 . ПМИД 18687960 . S2CID 206513719 . , альтернативная веб-ссылка .
- ^ Цзюньнин Ли; и др. (2023). «Высокая эффективность охлаждения в двухконтурном электрокалорическом тепловом насосе». Наука . 382 : 801–805. дои : 10.1126/science.adi5477 . hdl : 2117/398413 .
- ^ Фэрли, Питер (14 сентября 2017 г.). «Твердотельный холодильник в вашем кармане» . IEEE-спектр . Проверено 15 сентября 2017 г.
- ^ «ЭлКаВе – Электрокалорические тепловые насосы» . Фраунгофера-Гезельшафт . Проверено 22 июля 2023 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Скотт, Дж. Ф. (2011). «Электрокалорические материалы». Ежегодный обзор исследований материалов . 41 : 229–240. Бибкод : 2011AnRMS..41..229S . doi : 10.1146/annurev-matsci-062910-100341 .