來源：Advanced Energy Materials

鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202506036

01 背景介紹

芯片微型化與高集成化導致熱管理需求激增，傳統(tǒng)制冷技術難以兼顧 “高效吸熱” 與 “最低能耗”，而電場驅動的電熱效應（ECE）因高制冷效率、硅兼容性、低噪聲、環(huán)境友好等特性，成為極具潛力的解決方案。電熱效應的關鍵性能指標為絕熱溫度變化（ΔT）和熵變（ΔS），多數材料僅能實現(xiàn)單一正電熱效應（PEC，ΔT>0）或負電熱效應（NEC，ΔT<0），而同時具備雙向效應的材料可顯著提升制冷效率，但單一低功耗薄膜中實現(xiàn)高效雙向 ECE 仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

02 成果掠影

近日，西安電子科技大學彭彪林、安徽工業(yè)大學劉明凱、西安交通大學張樂以及深圳大學鄒繼兆團隊在弛豫鐵電薄膜中提出了“對稱性匹配缺陷偶極態(tài)調控”新思路。通過調控缺陷偶極在不同熱激活條件下的對稱性匹配行為，使薄膜在不同溫區(qū)呈現(xiàn)截然相反的電卡響應，從而在同一材料體系內實現(xiàn)了正電熱效應（PEC）與負電熱效應（NEC）的協(xié)同與可編程調控。研究在（111）取向的Pb中計算得到PEC和NEC的溫度變化分別為ΔT = 30.2K和ΔT =-10.2K（Ni1/3Nb2/3）0.5Zr0.15Ti0.35O3（PNN-PT-PZ）弛豫薄膜，幾乎是所有具有代表性的EC冷卻方案。這種巨大的雙向電熱效應歸因于缺陷偶極子在不同的熱激活狀態(tài)下的不同對稱一致性行為。在室溫下，界面應力和大的驅動電場增強了缺陷偶極子與本征極化的對稱性符合，有利于PEC的正耦合。高溫不僅使四角→菱面體轉變具有正的熱釋電常數，而且破壞了缺陷偶極子的本征極化和對稱性符合態(tài)，研究結果為開發(fā)用于芯片級熱管理的高效硅兼容EC冷卻技術提供了重要的見解。研究成果以“Giant Bidirectional Electrocaloric Effects in Single Relaxor Ferroelectric Film by Manipulating Symmetry-Conforming Defect Dipole States”為題發(fā)表在《Advanced Energy Materials》期刊。

標簽： 芯片元器件 點擊： 評論: