来源：Advanced Energy Materials

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

01 背景介绍

芯片微型化与高集成化导致热管理需求激增，传统制冷技术难以兼顾 “高效吸热” 与 “最低能耗”，而电场驱动的电热效应（ECE）因高制冷效率、硅兼容性、低噪声、环境友好等特性，成为极具潜力的解决方案。电热效应的关键性能指标为绝热温度变化（ΔT）和熵变（ΔS），多数材料仅能实现单一正电热效应（PEC，ΔT>0）或负电热效应（NEC，ΔT<0），而同时具备双向效应的材料可显著提升制冷效率，但单一低功耗薄膜中实现高效双向 ECE 仍面临巨大挑战。

02 成果掠影

近日，西安电子科技大学彭彪林、安徽工业大学刘明凯、西安交通大学张乐以及深圳大学邹继兆团队在弛豫铁电薄膜中提出了“对称性匹配缺陷偶极态调控”新思路。通过调控缺陷偶极在不同热激活条件下的对称性匹配行为，使薄膜在不同温区呈现截然相反的电卡响应，从而在同一材料体系内实现了正电热效应（PEC）与负电热效应（NEC）的协同与可编程调控。研究在（111）取向的Pb中计算得到PEC和NEC的温度变化分别为ΔT = 30.2K和ΔT =-10.2K（Ni1/3Nb2/3）0.5Zr0.15Ti0.35O3（PNN-PT-PZ）弛豫薄膜，几乎是所有具有代表性的EC冷却方案。这种巨大的双向电热效应归因于缺陷偶极子在不同的热激活状态下的不同对称一致性行为。在室温下，界面应力和大的驱动电场增强了缺陷偶极子与本征极化的对称性符合，有利于PEC的正耦合。高温不仅使四角→菱面体转变具有正的热释电常数，而且破坏了缺陷偶极子的本征极化和对称性符合态，研究结果为开发用于芯片级热管理的高效硅兼容EC冷却技术提供了重要的见解。研究成果以“Giant Bidirectional Electrocaloric Effects in Single Relaxor Ferroelectric Film by Manipulating Symmetry-Conforming Defect Dipole States”为题发表在《Advanced Energy Materials》期刊。

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