李海波 姜 倩 徐小农 卢定伟

(南京大学物理学院 南京 210093)

基于热开关的铁电制冷新结构及数值模拟

李海波 姜 倩 徐小农 卢定伟

(南京大学物理学院 南京 210093)

针对以往铁电制冷方式的不足提出了一种基于热开关的铁电制冷模型的新结构并进行了相关数值计算。此结构中片状铁电材料与片状热开关紧密平行排列，构成模型的基本结构。热开关分‘开’和‘关’两种可控状态，其开状态的热导率远高于关状态的热导率。系统工作时铁电材料片按奇偶位置分别加电场与去电场，每半周期交换。模拟计算涉及铁电材料单元数以及系统不同温跨下的制冷系统性能，模拟计算结果表明，在固定铁电材料单元数或系统温跨时，对于制冷效率以及制冷功率均存在最佳工作点，并且此工作点随系统温跨或铁电材料单元数变化呈规律性变化。

铁电制冷 热开关 系统结构 数值模拟

1 引 言

铁电制冷是一种基于铁电材料加场后具有热效应的新型制冷方式[1]。而传统铁电材料的热效应较弱，难以转化实用[2]。然而近年来美国宾夕法尼亚州立大学章启明领导的研究组发现高聚物(偏氟乙烯-三氟乙烯)材料的电场热效应温变接近20 K，而陶瓷材料的电场热效应温变也有近10 K[3-9]。此发现为铁电制冷的实用化奠定了基础。类似于室温磁制冷，电场热效应的温变低于实际要求因而一般无法直接使用卡诺循环一类的常规方法实现制冷。有两种方法可以利用小温变实现大温跨制冷：串联式和回热式。……