多場(chǎng)耦合條件下鐵電多層厚膜電卡效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究

鐵電制冷是一種利用鐵電材料電卡效應(yīng)工作的高效固態(tài)制冷技術(shù)，是微電子和微機(jī)電系統(tǒng)最佳制冷方案之一。電卡效應(yīng)利用撤電場(chǎng)退極化過(guò)程中有序熵增加進(jìn)行吸熱制冷，與鐵電相變過(guò)程中的相界移動(dòng)密切相關(guān)，因此電卡效應(yīng)既決定于熱力學(xué)狀態(tài)，也受動(dòng)力學(xué)過(guò)程影響，但是目前電卡效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究還很缺乏。 本項(xiàng)目計(jì)劃系統(tǒng)研究鐵電陶瓷動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)電卡效應(yīng)的影響及其與材料組分和顯微結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，最終通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)獲得高效的電卡效應(yīng)循環(huán)制冷。項(xiàng)目按照原計(jì)劃進(jìn)行，其中尤其對(duì)顯微結(jié)構(gòu)及材料組分的影響進(jìn)行了重點(diǎn)研究，最終成功獲得了由動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制的高效制冷循環(huán)。 首先，我們系統(tǒng)研究了動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)鈦酸鋇基鐵電陶瓷電卡效應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，鈦酸鋇陶瓷的物理特性受動(dòng)力學(xué)參數(shù)影響顯著，符合指數(shù)標(biāo)定率；但是鈦酸鋇單晶的則不受動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，且與不同晶體取向無(wú)關(guān)。利用動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制鈦酸鋇陶瓷多層厚膜的電卡效應(yīng)成功地在單一循環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)0.37J/g的凈制冷量。 其次，我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制的新型制冷方式設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)高效制冷的同時(shí)簡(jiǎn)化了微制冷器設(shè)計(jì)，摒棄了原設(shè)計(jì)中熱開(kāi)關(guān)等復(fù)雜機(jī)構(gòu)，該設(shè)計(jì)在2012年日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明博覽會(huì)上榮獲金獎(jiǎng)。 再次，本項(xiàng)目系統(tǒng)研究了顯微結(jié)構(gòu)及相變特征對(duì)電卡效應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)證明一級(jí)相變的電卡效應(yīng)主要由相變熵所決定，為電卡效應(yīng)決定因素的理論爭(zhēng)議提供了可靠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。利用鈦酸鋇單晶的典型一級(jí)相變獲得了目前有文獻(xiàn)報(bào)道的最高電卡效率（4.8K@10kV/cm），還發(fā)現(xiàn)單晶電卡效應(yīng)數(shù)值在交變電場(chǎng)與溫度的共同作用下顯著降低，這是國(guó)際上首次關(guān)注鐵電材料在電卡應(yīng)用中的可靠性問(wèn)題。鈦酸鋇陶瓷由于存在晶界等顯微缺陷電卡效應(yīng)顯著降低（ΔT=0.5K），但是性能可靠性顯著提升，采用納米粉制備陶瓷模糊晶界可以有效地提升電卡效應(yīng)（1.5K）并保持良好的可靠性。采用流延工藝制備多層厚膜陶瓷樣品，利用DSC直接熱流測(cè)試法表征了電卡性能，獲得了高達(dá)10.1J/kg的等溫熵變。還在國(guó)際上首次在鈦酸鉍鈉陶瓷中發(fā)現(xiàn)了反常電卡效應(yīng)，引領(lǐng)了該領(lǐng)域的新方向。 最后，本項(xiàng)目系統(tǒng)探討了不同電卡效應(yīng)表征方法之優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)分析了目前最普遍采用的熱力學(xué)間接表征法的種種問(wèn)題及其中假象的產(chǎn)生，填補(bǔ)了本領(lǐng)域研究的一項(xiàng)空白。此外，還建立了一種新型電卡效應(yīng)熵變直接測(cè)試方法。 2100433B

鐵電制冷是一種利用電卡（熱）效應(yīng)工作的高效固態(tài)制冷技術(shù)，是微電子和微機(jī)電系統(tǒng)最佳制冷方案之一。電卡效應(yīng)是利用退極化過(guò)程中有序熵增加進(jìn)行吸熱制冷，與鐵電相變過(guò)程中的相界移動(dòng)密切相關(guān)。因此，電卡效應(yīng)既決定于熱力學(xué)狀態(tài)，也受動(dòng)力學(xué)過(guò)程影響。但是目前電卡效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究還很缺乏。本項(xiàng)目將對(duì)多場(chǎng)耦合條件下動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)鐵電多層厚膜電卡效應(yīng)的影響展開(kāi)系統(tǒng)研究。由于多層厚膜具有與薄膜類似的巨電卡效應(yīng)，而且有效體積遠(yuǎn)超薄膜，可以形成巨大的實(shí)際吸熱量，因此本項(xiàng)目以多層厚膜為主要研究對(duì)象，特別關(guān)注各動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)電卡效應(yīng)的影響，同時(shí)充分考慮應(yīng)力-電場(chǎng)-溫度多場(chǎng)耦合作用的影響，以便獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)影響電卡效應(yīng)的規(guī)律和物理圖象，建立材料顯微結(jié)構(gòu)特征與動(dòng)力學(xué)過(guò)程的關(guān)聯(lián)，并且通過(guò)動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制電卡效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的單循環(huán)凈制冷。本項(xiàng)目不但對(duì)電卡效應(yīng)的基礎(chǔ)研究具有重要意義，而且對(duì)鐵電制冷實(shí)用化也將起到促進(jìn)作用。

通過(guò)對(duì)典型的鈣鈦礦氧化物鐵電(鐵電、多鐵性)薄膜(PZT、BST和BFO等)電滯回線在中高頻和超高頻段的動(dòng)力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究，揭示其疇翻轉(zhuǎn)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和標(biāo)度行為。通過(guò)改變鐵電薄膜內(nèi)稟缺陷和微結(jié)構(gòu)質(zhì)量，深入研究與鐵電疇翻轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的無(wú)序漲落效應(yīng)和尺寸效應(yīng)對(duì)于回線動(dòng)力學(xué)的影響以及相關(guān)的鐵電疇翻轉(zhuǎn)歷史關(guān)聯(lián)行為。結(jié)合理論分析和模擬工作，對(duì)鐵性體回線動(dòng)力學(xué)的漲落效應(yīng)提供一個(gè)較為扎實(shí)的物理圖像。本項(xiàng)目的開(kāi)展既能夠 2100433B

那么，為什么會(huì)產(chǎn)生人際上、學(xué)習(xí)上的耦合效應(yīng)呢？經(jīng)研究，一般認(rèn)為有如下幾個(gè)原因：

一是耦合的聯(lián)動(dòng)作用。在一個(gè)群體中，個(gè)體之間是有耦合的，耦合的越緊密，聯(lián)動(dòng)的作用就越大。學(xué)習(xí)的本質(zhì)也是一種互動(dòng)，這種互動(dòng)包括人際互動(dòng)、社會(huì)互動(dòng)，也包括自我互動(dòng)即內(nèi)部的我與自己對(duì)話。這種互動(dòng)，很重要的是班級(jí)耦合的結(jié)果，沒(méi)有這種班級(jí)耦合，互動(dòng)就會(huì)發(fā)生困難，學(xué)習(xí)也不可能進(jìn)步。可見(jiàn)，耦合效應(yīng)的產(chǎn)生與耦合的聯(lián)動(dòng)作用分不開(kāi)的。

二是耦合的情感作用。一般來(lái)說(shuō)，人際間只要有耦合就會(huì)作出情感上的反應(yīng)。心理學(xué)家李雷從幾千份人際關(guān)系的研究報(bào)告中，歸納出了人際耦合的八種情感反應(yīng)：即由一方發(fā)出的管理、指揮、指導(dǎo)、勸告、教育等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的尊敬、服從；由一方發(fā)出的同意、合作、友好等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的協(xié)助、溫和；由一方發(fā)出的幫助、支持、同情等態(tài)度與行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的信任、接受；由一方發(fā)出的尊敬、信任、贊揚(yáng)、求援等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的勸導(dǎo)、幫助；由一方發(fā)出的害羞、禮貌、服從等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的驕傲、控制；由一方發(fā)出的反抗、懷疑等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的懲罰、拒絕；由一方發(fā)出的攻擊、懲罰等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的敵對(duì)、反抗；由一方發(fā)出的激烈、拒絕、夸大等態(tài)度和行為，會(huì)導(dǎo)致另一方的不信任、自卑。在人際互動(dòng)中可能按此八種模式進(jìn)行反應(yīng)，也可能按此外的其他模式進(jìn)行反應(yīng)，但有一點(diǎn)從中可見(jiàn)，人際耦合的反應(yīng)是情感因素左右的。賦之于積極的得到的將是積極的反應(yīng)。這是不是過(guò)去我們講的“近朱者赤，近墨者黑”呢？可見(jiàn)，耦合效應(yīng)是情感因素作用的結(jié)果。 解讀詞條背后的知識(shí) 星思考 通過(guò)故事和案例，對(duì)各種理論、定律、效應(yīng)、法則和現(xiàn)象進(jìn)行深度解讀，力求淺顯易懂，引領(lǐng)思考。

容易忽略的“耦合效應(yīng)”現(xiàn)象

在生活當(dāng)中，我們一定不能忽略耦合效應(yīng)。 我們不但要努力制造良好的耦合效應(yīng)，也要學(xué)會(huì)識(shí)別負(fù)面的耦合效應(yīng)。