[發明專利]一種室溫固態電卡制冷方法

有效

• 申請號: 201710989629.7
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107726662B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 趙世峰;白玉龍;陳介煜;鄔新;肖忠睿
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;C23C18/12
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

本發明公開了一種室溫固態電卡制冷方法。制備Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiFeO₃鐵電薄膜，然后將Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiFeO₃鐵電薄膜處于負電卡效應的工作區域，施加電場后處于絕熱狀態的Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiFeO₃鐵電薄膜，維持系統熵平衡，薄膜的溫度降低，Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiFeO₃鐵電薄膜升溫后，從負電卡效應轉換到正電卡效應工作區域，在電場施加的情況下，Bi₅Ti₃FeO₁₅/BiFeO₃鐵電薄膜的熵增加，絕熱情況下升溫，此時撤去外電場，電偶極子恢復無序，熵減少，在等溫環境中從被制冷負載吸熱，實現制冷。本發明實現一種高效的制冷效應。

技術領域

本發明涉及一種室溫固態電卡制冷方法，屬于制冷技術領域。

背景技術

為解決目前人類面臨的環境問題,必須大幅度提高現有制冷技術,包括低溫、空調和制冷元件的能源轉換效率用在日常生活中，不斷擴大的微電子產業，集成電路中的芯片制冷技術。目前主流的是氣體壓縮制冷技術，但是對環境污染很嚴重；其次是人們研究很久的磁卡制冷技術，磁制冷技術局限于在遠低于室溫的環境中使用，對民用市場的推動不大，且耗能很大，工作物質一般以稀土合金居多，這造成了價格昂貴，容易吸附水汽或被氧化失效；再次是太陽能吸附式制冷技術，利用吸附劑中制冷劑的物態變化來制冷，主要以活性炭-甲醇作為工作物質，但是相對制冷效率較其他制冷方式低很多，離商業化的距離很遠；最后是利用熱電效應中的帕爾貼效應，通過電流驅動熱電材料中的載流子運動并攜帶熱量實現制冷，具有無噪聲、無污染、制冷迅速、操作簡單、可靠性強、易于實現高精度溫控等優點進行固態制冷，但是熱電轉換效應比較低，還無法滿足商業化的要求。

電卡制冷技術是一種近幾年才引起人們關注的可用于微觀芯片制冷的固態制冷技術，且已經有商業化樣機的出現。即鐵電材料在施加和移除外電場時所產生的溫度變化。與磁卡效應相比較，電卡效應的優勢在于獲得大溫變所需要的大電場比磁卡效應所需要的大磁場更容易獲得，且成本更低。鐵電薄膜致密度比較陶瓷，可以施加更高的電壓以獲得較大的絕熱溫變，但是現行的鐵電卡效應制冷材料以PbTi_1-xZr_xO₃居多，這不可避免的引入了有毒的Pb元素，所以尋找綠色的可商業化使用的電卡材料是非常迫切的。

現有的固態制冷技術及芯片制冷的發展方向，有四種不同的技術方法(1)采用磁卡制冷；(2)采用熱電制冷；(3)太陽能吸附式制冷技術(4)鐵電陶瓷單向卡效應制冷。