電動力效應(yīng)

人在進食后的一段時間內(nèi)，即使在安靜狀態(tài)下，也會出現(xiàn)能量代謝率增加的現(xiàn)象，一般從進食后1小時左右開始，延續(xù)7到8小時。進食能刺激機體額外消耗能量的作用，稱為食物的特殊動力效應(yīng)。

實驗證明，在三種主要營養(yǎng)物質(zhì)中，進食蛋白質(zhì)產(chǎn)生的特殊動力效應(yīng)最為明顯，能提供100KJ能量的蛋白質(zhì)，在被攝入后所產(chǎn)生的特殊動力可達30KJ，即進食蛋白質(zhì)的特殊動力效應(yīng)約為30%；進食糖和脂肪的特殊動力效應(yīng)分別為6%和4%左右；進食混合性食物約為10%。2100433B

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)，是微電子和微機電系統(tǒng)最佳制冷方案之一。電卡效應(yīng)利用撤電場退極化過程中有序熵增加進行吸熱制冷，與鐵電相變過程中的相界移動密切相關(guān)，因此電卡效應(yīng)既決定于熱力學(xué)狀態(tài)，也受動力學(xué)過程影響，但是目前電卡效應(yīng)的動力學(xué)研究還很缺乏。 本項目計劃系統(tǒng)研究鐵電陶瓷動力學(xué)參數(shù)對電卡效應(yīng)的影響及其與材料組分和顯微結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，最終通過調(diào)節(jié)動力學(xué)參數(shù)獲得高效的電卡效應(yīng)循環(huán)制冷。項目按照原計劃進行，其中尤其對顯微結(jié)構(gòu)及材料組分的影響進行了重點研究，最終成功獲得了由動力學(xué)參數(shù)控制的高效制冷循環(huán)。 首先，我們系統(tǒng)研究了動力學(xué)參數(shù)對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力學(xué)參數(shù)的影響，且與不同晶體取向無關(guān)。利用動力學(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)實現(xiàn)了高達0.37J/g的凈制冷量。 其次，我們設(shè)計實現(xiàn)了基于動力學(xué)參數(shù)控制的新型制冷方式設(shè)計，在實現(xiàn)高效制冷的同時簡化了微制冷器設(shè)計，摒棄了原設(shè)計中熱開關(guān)等復(fù)雜機構(gòu)，該設(shè)計在2012年日內(nèi)瓦國際發(fā)明博覽會上榮獲金獎。 再次，本項目系統(tǒng)研究了顯微結(jié)構(gòu)及相變特征對電卡效應(yīng)的影響。實驗證明一級相變的電卡效應(yīng)主要由相變熵所決定，為電卡效應(yīng)決定因素的理論爭議提供了可靠的實驗證據(jù)。利用鈦酸鋇單晶的典型一級相變獲得了目前有文獻報道的最高電卡效率（4.8K@10kV/cm），還發(fā)現(xiàn)單晶電卡效應(yīng)數(shù)值在交變電場與溫度的共同作用下顯著降低，這是國際上首次關(guān)注鐵電材料在電卡應(yīng)用中的可靠性問題。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直接熱流測試法表征了電卡性能，獲得了高達10.1J/kg的等溫熵變。還在國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，本項目系統(tǒng)探討了不同電卡效應(yīng)表征方法之優(yōu)缺點，重點分析了目前最普遍采用的熱力學(xué)間接表征法的種種問題及其中假象的產(chǎn)生，填補了本領(lǐng)域研究的一項空白。此外，還建立了一種新型電卡效應(yīng)熵變直接測試方法。 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)，是微電子和微機電系統(tǒng)最佳制冷方案之一。電卡效應(yīng)是利用退極化過程中有序熵增加進行吸熱制冷，與鐵電相變過程中的相界移動密切相關(guān)。因此，電卡效應(yīng)既決定于熱力學(xué)狀態(tài)，也受動力學(xué)過程影響。但是目前電卡效應(yīng)的動力學(xué)研究還很缺乏。本項目將對多場耦合條件下動力學(xué)參數(shù)對鐵電多層厚膜電卡效應(yīng)的影響展開系統(tǒng)研究。由于多層厚膜具有與薄膜類似的巨電卡效應(yīng)，而且有效體積遠超薄膜，可以形成巨大的實際吸熱量，因此本項目以多層厚膜為主要研究對象，特別關(guān)注各動力學(xué)參數(shù)對電卡效應(yīng)的影響，同時充分考慮應(yīng)力-電場-溫度多場耦合作用的影響，以便獲得動力學(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)特征與動力學(xué)過程的關(guān)聯(lián)，并且通過動力學(xué)參數(shù)控制電卡效應(yīng)來實現(xiàn)高效的單循環(huán)凈制冷。本項目不但對電卡效應(yīng)的基礎(chǔ)研究具有重要意義，而且對鐵電制冷實用化也將起到促進作用。