电卡制冷效应是以电场为广义力驱动的场致相变制冷效应.由于电场加载方式的便捷性,电卡制冷材料与系统迅速获得学界与业界的广泛关注.电卡制冷材料循环能效高,比制冷功率大,易于系统集成,有望满足高效制冷系统的轻量化,微型化和化的需求.然而,电卡制冷技术在实用化过程中依然存在很多亟需突破的技术瓶颈,例如:一般电卡材料的高性能温度窗口较窄,驱动电场高,循环寿命低,机械强度较低,热导率不足;系统制冷容量较低,工质集成工艺不成熟.本文立足于电卡固态制冷系统设计需求,从物理原理,材料改良,样机设计,系统集成四个方面介绍电卡制冷技术研究近年来的进展;并综述报告人及其本课题组十二年间在电卡制冷材料,器件与系统中所作的工作,展望电卡制冷技术未来的发展方向与潜在突破口.

电卡效应(Electrocaloric Effect)是在极性材料中因外电场的改变从而导化状态发生改变而产生的绝热温度或等温熵的变化。由于电卡效应直接与极化强度的变化相关,因而强极性的铁电材料能产生较大的电卡效应。对极性材料施加电场,材料中的电偶极子从无序变为有序,材料的熵减小,在绝热条件下,多余的熵产生温度的上升。移去电场,材料中的电偶极子从有序变为无序,材料的熵增加,在等温条件下,材料从外界吸收热量使能量守恒。或在绝热条件下,不足的熵导致材料温度的下降。

ECM -150型电卡效应测试系统是一款专为测试高压下铁电材料表面温度变化的测量系统。通过添加在材料表面的电场值变化，探测材料的温度值变化。本系统由真空系统与温度数据采集系统组成，能适用于陶瓷等材料的电卡效应测量。本系统标配有全自动化的程序系统，实时数据保存功能，操作快捷。