多层电容器在室温附近的“电致制冷”效应

本文介绍了一种新型电热制冷材料——铅钪钽酸盐（PST）与铅镁钨酸盐（PMW）组成的固溶体多层电容器（MLC）。传统PST材料虽有强电热效应，但需在高于室温的居里温度（约295K）下工作，且必须经过长达42天的高温退火才能获得高B位阳离子有序度，从而保证相变潜热；这一工艺成本高、周期长，严重制约其应用。本研究通过向PST中掺入PMW，巧妙利用两种材料间阳离子价态与尺寸的差异，在不进行任何退火的前提下，既维持了B位（即晶格中过渡金属位置）的高有序度和大相变潜热，又有效削弱了材料内部的偶极子有序性，从而将居里温度大幅降低至最低230K（约-43℃），首次实现了在室温上下宽温区（包括远低于室温）稳定工作的电热制冷能力。实验表明，在施加17.1V/μm的强电场（对应600V电压）并循环上万次后，该材料仍保持约3K的有效制冷温升，且未发生击穿或性能衰减。进一步结合理想流体再生器模型进行热力学分析，预测其制冷循环效率可达70%–90%。相比传统磁制冷材料（如钆球），该材料在更宽温度范围内展现出更优、更稳定的制冷性能。综上，PST-PMW多层电容材料克服了现有电热材料的关键瓶颈，为开发高效、静音、无温室气体排放的下一代固态制冷设备提供了切实可行的新路径。