[發明專利]制冷器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201611028912.5
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106784291B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 黃斯昭;陳朗
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H10N15/10
• 分類號: H10N15/10
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 潘霞

本發明涉及一種制冷器件及其制備方法。該制冷器件包括兩個依次層疊的電極，兩個電極中的一個為正極，另一個為負極，且兩個電極之間設有制冷單元，制冷單元包括壓電體層及層疊于壓電體層上的鐵電體層，其中，壓電體層的材料的相變溫度為?10℃～30℃，鐵電體層的材料的相變溫度為?10℃～30℃。上述制冷器件具有較好的冷卻效果。

技術領域

本發明涉及一種制冷器件及其制備方法。

背景技術

區別于過去依賴于冷卻劑的比熱、相變的傳統蒸發-壓縮冷卻機制，電卡冷卻系統是依靠材料的極化特性，施加一定的電場，利用材料的熵的變化來達到制冷效果的一種冷卻機制，因此，與傳統的冷卻機制相比，電卡冷卻不僅高效，體積小，結構緊密，不含鉛，且環保無污染，可應用在微電子領域，使得電卡冷卻系統具有非常重要的應用前景。

目前的電卡制冷系統通常采用鐵電體實現制冷，然而鐵電體的絕熱溫度較低，使得目前的電卡制冷系統存在著制冷效果較差的問題。

發明內容

基于此，有必要提供一種冷卻效果較好的制冷器件。

此外，還提供一種制冷器件的制備方法。

一種制冷器件，包括兩個依次層疊的電極，兩個所述電極中的一個為正極，另一個為負極，且兩個所述電極之間設有制冷單元，所述制冷單元包括壓電體層及層疊于所述壓電體層上的鐵電體層，其中，所述壓電體層的材料的相變溫度為-10℃～30℃料，所述鐵電體層的材料的相變溫度為-10℃～30℃。

在其中一個實施例中，所述壓電體層的材料選自鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇、鐵酸鉍及鈮鎂鈦酸鉛中的一種。

在其中一個實施例中，所述鐵電體層的材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鐵酸鉍、磷酸氫鉀、磷酸氫鉛及磷酸鉛中的一種。

在其中一個實施例中，所述制冷單元為一個，所述制冷單元的厚度不超過200納米。

在其中一個實施例中，兩個所述電極之間設有的所述制冷單元為多個，多個所述制冷單元依次層疊，且所有所述制冷單元的厚度之和不超過200納米。

在其中一個實施例中，所述電極的材料選自銅、鋁、銦、鉑、銀、金及非磁性合金中的一種。

一種制冷器件，包括多個依次層疊的電極，相鄰的兩個電極的極性相反，且相鄰的兩個所述電極之間設有制冷單元，所述制冷單元包括壓電體層及層疊于所述壓電體層上的鐵電體層，所述壓電體層的材料的相變溫度為-10℃～30℃，所述鐵電體層的材料的相變溫度為-10℃～30℃。

在其中一個實施例中，還包括第一導電件和第二導電件，所述第一導電件電連接極性為正極的所述電極，所述第二導電件電連接極性為負極的所述電極。

在其中一個實施例中，所有所述制冷單元的厚度之和不超過200納米。

一種制冷器件的制備方法，包括如下步驟：

在鐵電體層上形壓電體層，得到制冷單元；

在所述壓電體層遠離所述鐵電體層的一面上和所述鐵電體層遠離所述壓電體層的一面上分別各形成一個電極。

由于目前的電卡制冷系統單靠鐵電體在外加電場下，在室溫附近的鐵電效應發生極化狀態變化而引發熵變所貢獻出的絕熱溫度較低，致使其降溫溫度較小，制冷效果較差，而上述制冷器件通過將相變溫度為-10℃～30℃的鐵電體層的材料，與相變溫度為-10℃～30℃的壓電體層材料層疊使用，其中的壓電體層在電場作用下，隨著電場的變化能夠發生顯著形變的材料，d33(指壓電材料中沿著33方向上的壓電形變量)變化最大的時候，鐵電體層會發生形變，會對層疊在壓電體層上的鐵電體層產生晶格尺度變化而對鐵電體層引入機械應變，相當于對鐵電體層引入第二個作用場，即應力場，通過應力場的調控增加鐵電體層的熵變大小，以增加鐵電體層的絕熱溫度，增加制冷器件的降溫溫度，從而使得上述制冷器件具有較好的冷卻效果。