我国学者在电卡制冷器件研究方面取得进展
2025/06/02
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图 (a)铁电高分子的电卡制冷效应；(b)铁电高分子的电致伸缩效应；(c)自驱动电卡制冷器件热力学循环；
(d)电-力、电-热双功能薄膜制冷系统运行模式；(e,f)分布式、轻量化、高能效的芯片降温应用效果
在国家自然科学基金项目（批准号：52076127）等资助下，上海交通大学机械与动力工程学院前瞻交叉研究中心钱小石教授团队在电卡制冷器件研究方面取得进展，相关研究成果以“高能效自驱动高分子制冷器件（Self-oscillating polymeric refrigerator with high energy efficiency）”为题于2024年5月8日在线发表在《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07375-3。
电卡制冷技术具有电能损耗小、能效高、零温室效应潜能以及易于小型化、轻量化等优势，有望替代现有制冷剂。研究团队利用分子缺陷修饰的方法，通过调整高分子中的缺陷比例，使得目标高分子在外加电场（66.7 MV/m）下，表现出9 K的绝热温变和1.9%的面内应变。改性后的高分子薄膜无需额外的机械驱动力输入，在电场作用下同步产生位移和冷热变化，实现了材料即器件、器件即材料的自驱动制冷效果。
该器件能够在制冷和热泵工况下拉开大约4 K的温宽。研究人员将传统制冷系统测试技术引入电卡制冷系统性能测试中，搭建了适用于薄膜电卡制冷系统的焓差台，并分别独立地严格控制热源和热沉的温度。测试结果表明，在4 K工作温宽条件下，该器件可以输出2.7 W/g的制冷功率密度，对应的COP为24，实现了约32%的热力学完善度。由于无需外加驱动部件，器件空间利用率高，其单位空间上的制冷功率密度相比于其他电卡制冷器件提升了近百倍。此外，凭借其轻质、体积小、能耗低和柔性等诸多优势，该器件可以对小空间内的芯片等发热元件进行实现针对性、高效率和智能化制冷。
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