電場作用下極性電介質材料的電熱效應研究.pdf

1、極性電介質材料在電場作用下產生溫度和熵的變化被稱為電熱效應（Electrocaloric effects，ECE）。在長達幾十年的時間里，極性電介質材料只被發(fā)現(xiàn)了相對較小的電熱效應，無法應用于實際。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)部分鐵電材料具有大電熱效應，因此使得利用電介質的電熱效應設計制冷器成為一個研究熱點。與傳統(tǒng)的制冷技術相比，這種制冷技術具有無污染、制冷效率高的優(yōu)點，因而在現(xiàn)代制冷行業(yè)有巨大的應用前景。
　　本文利用居里-外斯定律、朗道

2、相變理論和麥克斯韋關系式等推導出了極性電介質電熱效應的計算公式，計算出了順電態(tài)下和鐵電相變態(tài)經歷相變狀態(tài)下的電介質溫度變化、熵變化，并對比了兩種狀態(tài)下的電熱效應的大小。從而為分析材料的最大溫度變化、最大熵變以及做功能力等提供理論依據。同時本文建立了極性電介質材料在順電態(tài)、鐵電相變態(tài)的電熱效應的熱力學理論模型。該理論表明只要工作溫度足夠接近居里溫度，電熱效應基本都比較大，而且比順電態(tài)要大很多。基于這一點，在某一工作環(huán)境下，只要找到一種居里

3、溫度非常接近這個工作溫度的電介質，就能實現(xiàn)較大的電熱效應。
　　典型熱力學循環(huán)的建立是研究電熱材料作為制冷器件進行能量轉化和做功能力的理論基礎，為此經過選取居里溫度與室溫相近的極性較大的電介質作為制冷材料加之設計工藝上的提升，是利用順電態(tài)下極性電介質的電熱效應制作出有一定應用前景制冷器的有力保障。本文還驗證了極性電介質在低于并接近于鐵電-順電相變居里溫度時具有的較大電熱效應潛能，這是因為相變能夠引起電介質材料的極性發(fā)生改變，而極性

4、的改變又能引起較大的熵變化。
　　最后本文建立了具有大電熱效應和大變形的極性彈性電介質熱力學理論。該理論表征了極性電介質在受到機械力，電場和熱場耦合作用下的平衡條件。并通過考慮極性彈性電介質熱力學系統(tǒng)的超彈性、極化、電致伸縮和熱貢獻的耦合影響，對其機械性能和大變形進行了分析。這為探尋一定工作溫度要求（比如室溫條件或其他有特殊要求的溫度）條件下的具有大電熱效應的電介質材料指明了方向；同時也能夠為基于極性電介質電熱效應的制冷器的設計制