製(zhì)冷是人們日常生活中(zhōng)*的(dí)事情,從水果，蔬菜，肉(ròu)類保(bǎo)鮮,到空(kōng)調的(dí)使用,再到醫(yī)用(yòng)方麵(miàn)的器官冷藏，核(hé)磁共振成像(xiàng)等,都需要製冷。普通的(dí)壓縮機(jī)製(zhì)冷的方法(fǎ)已經差(chà)不多到了其極限(xiàn),並(bìng)且(qiě)其排(pái)出(chū)的(dí)有(yǒu)機氣(qì)體,直接(jiē)破壞(huài)嗅(xiù)氧層(céng),引(yǐn)起了溫(wēn)室(shì)效應,對(duì)環(huán)境(jìng)的破壞(huài)作用已(yǐ)越來越(yuè)受到(dào)人(rén)們的重視。尋(xún)找(zhǎo)製冷方(fāng)式成(chéng)為(wéi)一(yī)項刻不容緩的(dí)任務(wù)。電卡效(xiào)應(yīng)(Electrocaloric Effect)是(shì)在(zài)極(jí)性材料(liào)中因外電場的(dí)改變(biàn)從而導*化(huà)狀(zhuàng)態發(fā)生(shēng)改變而(ér)產生(shēng)的(dí)絕(jué)熱(rè)溫度或等溫熵的變化(huà)。由(yóu)於電卡效(xiào)應直(zhí)接與極化強度的(dí)變化相關,因(yīn)而強極性(xìng)的(dí)鐵電(diàn)材料(liào)能產(chǎn)生較(jiào)大(dà)的電卡效(xiào)應。對極性材料(liào)施加電場(cháng),材(cái)料中的電偶(ǒu)極子從無(wú)序(xù)變(biàn)為有序(xù),材料(liào)的熵(shāng)減小,在(zài)絕熱條(tiáo)件(jiàn)下(xià),多餘的(dí)熵產(chǎn)生溫度的(dí)上(shàng)升。移去電場(cháng),材料中的電(diàn)偶(ǒu)極子從有(yǒu)序(xù)變(biàn)為無(wú)序(xù),材料的熵增加(jiā),在(zài)等(děng)溫(wēn)條件(jiàn)下,材料從(cóng)外(wài)界(jiè)吸收(shōu)熱量使(shǐ)能量守(shǒu)恒。或(huò)在(zài)絕熱(rè)條(tiáo)件(jiàn)下,不(bù)足的熵(shāng)導(dǎo)致(zhì)材(cái)料溫度的(dí)下(xià)降。

這(zhè)就(jiù)是電卡(qiǎ)效(xiào)應的製冷(lěng)原(yuán)理。對於(yú)一個(gè)理(lǐ)想(xiǎng)的製(zhì)冷循(xún)環,電(diàn)場移(yí)去(qù)時(shí)電卡(qiǎ)材(cái) 料能從接觸的(dí)負(fù)載吸(xī)收(shōu)熱量(liáng)(等溫(wēn)熵(shāng)變)。然後電(diàn)卡材料(liào)與(yǔ)負載分開,此時,若對(duì)電卡(qiǎ)材(cái)料施加(jiā)電場(cháng),材(cái)料(liào)的(dí)溫度(dù)將會升(shēng)高(gāo)(絕(jué)熱(rè)溫變)。將(jiāng)電卡材料(liào)與散(sàn)熱(rè)片接觸,多餘的熱量將要釋放出去,使得電(diàn)卡(qiǎ)材(cái)料的溫(wēn)度與室(shì)溫(wēn)一致。然後(hòu),電卡材(cái)料與散(sàn)熱片斷開,並與負載相接(jiē)觸。移去(qù)電(diàn)場,電卡材(cái)料的(dí)溫度降(jiàng)低,並從(cóng)負(fù)載(zǎi)處吸收(shōu)熱(rè)量。重復整(zhěng)個(gè)過程(chéng),負(fù)載(zǎi)的溫度會不斷降低。這(zhè)就(jiù)是(shì)電卡製(zhì)冷(lěng)機的基本(běn)原(yuán)理。由於在(zài)熱(rè)循(xún)環過程中,電卡材(cái)料的(dí)熵變和溫變都起(qǐ)到了作用(yòng),兩者(zhě)對熱循(xún)環都(dū)是非常重要(yào)的(dí)。電(diàn)卡(qiǎ)效應的研究(jiū)可(kě)以追蹤(zōng)到上(shàng)個世(shì)紀30年代(dài),兩(liǎng)位(wèi)德國科學家(jiā)Kobeko 及 Kurtschatov首先測(cè)量(liáng)了羅(luó)息(xī)鹽的電(diàn)卡效應,得(dé)到(dào)了(liǎo)定性(xìng)結果(guǒ),但沒(méi)有數據報道(dào)。1963年(nián),兩位美(měi)國科(kē)學家(jiā)重(zhòng)復(fù)了他們的(dí)實驗, 並在 22.2 ℃, 1.4 kV/cm 的條(tiáo)件下,測(cè)得絕熱(rè)溫度變化為0.0036 ℃。由(yóu)於鐵電(diàn)體等極性材料的限製(zhì), 電卡(qiǎ)效(xiào)應的研究得到(dào)的絕(jué)熱溫(wēn)度(dù)的變(biàn)化都小(xiǎo)於(yú)1℃。這主要是(shì)由(yóu)於體材料(liào)的(dí)擊(jī)穿電(diàn)場較(jiào)低(dī),材(cái)料的(dí)選(xuǎn)擇範(fàn)圍也(yě)相對較窄(zhǎi)。與此同時,磁卡效應(yīng)的(dí)研(yán)究(jiū)取得了一係列(liè)成果,獲得(dé)了(liǎo)數種(zhǒng)被(bèi)稱(chēng)為巨(jù)磁(cí)卡效應(yīng)的材(cái)料體(tǐ)係(xì),如 Gd5(SixGe4-x) ，Tb5Si2Ge2，MnAs1-xSbx，La(Fe1-xSix)13，La(Fe1-xSix)13Hy，MnFePxAs1-x及 Ni2±xMn1±xGa。這(zhè)些(xiē)材料(liào)的單(dān)位磁場的(dí)絕熱溫(wēn)度變化(huà)達(dá)到4℃/T(T-特斯(sī)拉(lā))。相應地,磁卡製冷機也被研製出來(lái)。磁卡製冷(lěng)與電(diàn)卡製冷都是(shì)利(lì)用(yòng)固態(tài)相(xiāng)變(biàn)製(zhì)冷,在原(yuán)理上(shàng)沒有本質的區別。磁卡效應的(dí)優點是磁場不必與樣品(pǐn)接(jiē)觸,並(bìng)且可以非常強而(ér)不考慮(lǜ)擊(jī)穿(chuān)的(dí)問(wèn)題;缺點(diǎn)是磁場的(dí)產生(shēng)需要磁鐵,這阻(zǔ)礙了製冷器(qì)件的小型(xíng)化,在設計上(shàng)也很不靈(líng)活(huó)。電卡效(xiào)應電場的設計(jì)取(qǔ)決(jué)於高壓端(duān)的(dí)形狀,在設(shè)計上(shàng)非(fēi)常靈活多樣。本文(wén)將(jiāng)通(tōng)過(guò)介(jiè)紹電(diàn)卡(qiǎ)效應的(dí)熱力學(xué)理論,以(yǐ)及在鐵電(diàn)陶瓷，單晶，鐵電薄(báo)膜(mó)以及鐵(tiě)電聚合物中(zhōng)的研究(jiū)現狀,探索提(tí)高電卡(qiǎ)效(xiào)應(yīng)的(dí)途徑,預測(cè)電(diàn)卡(qiǎ)製冷器件的應用前景。