近日，内蒙古科技大学郝喜红教授课题组在无机材料国际知名期刊《材料快报》(Scripta Materialia)上发表了题为“利用多层结构增强弛豫型铌酸钠钾无铅陶瓷电卡效应”（ Enhanced electrocaloric effect of relaxor potassium sodium niobate lead-free ceramic via multilayer structure）”的最新科研成果。该研究成果找到了一种增强无铅陶瓷电卡效应的新途径。

此项研究得到内蒙古自治区科技创新引导项目(KCBJ2018034)，内蒙古自治区自然科学基金重大项目(2019ZD12)，内蒙古“草原英才”创新团队支持计划等项目支持。

传统制冷技术主要是利用氟利昂制冷剂进行制冷，在制冷过程中会产生大量的氟化温室气体，对大气臭氧层产生了不容忽视的影响。同时科学技术的飞速发展使得在生产、生活中占据了关键地位的电子器件趋向于小型化、轻量化、集成化及多功能化。由于传统制冷技术在环保和应用方面都难以满足多功能化集成器件发展的需求，近年来基于电卡效应（ECE）的固态制冷技术作为传统制冷技术的一种很有前途的替代方案越来越受到人们的关注。

电卡效应是指在绝热条件下，外加电场诱导极性材料内部的电偶极子极性状态发生变化进而导致材料产生的吸放热现象。在目前所研究的电卡制冷材料中，无铅铁电材料被认为是最佳候选材料，并得到了广泛的研究。电卡效应制冷材料通常希望在较宽的温度范围内实现较大的温度变化。但是在目前的研究中，正常铁电体利用铁电—顺电相变可获得较高的∆T，但是其制冷工作温度很窄。因此，进一步的策略是构造弛豫相变来拓宽制冷工作温区。然而，弛豫型铁电体由于其弥散相变特性及极性纳米区域(PNRs)的存在牺牲了铁电体固有的极化响应，往往只有在高电场（∆E）才可实现较大的制冷效应。所以较宽的制冷工作温区和较大的制冷能力往往难以兼得是目前迫切需要解决的问题之一。

该科研团队在无铅铌酸钠钾（KNN）材料中，首先利用元素掺杂工程设计出弛豫型相结构，然后利用先进的流延制备技术制备多层陶瓷电容器（MLCC）,由于MLCC单层介质层厚度只有十几个微米左右，相比陶瓷而言介质层厚度大幅度减小，所以显著增强了器件的击穿电场。最终利用弛豫相变和高电场的协同作用，在无铅MLCC器件中成功获得了具有大的电卡效应(∆T = 2.45 K)和宽的室温制冷工作温区(>60 °C)相结合的优异性能。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.10.034

（基础研究处 内蒙古科技大学）