【摘 要】
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随着科学技术的不断发展,传统蒸汽压缩制冷技术已不能满足人们对于制冷技术日益增长的需求,并且该技术的大量使用已经产生并加剧了诸多全球性环境问题。为了应对传统制冷带来的臭氧空洞及全球变暖危机,亟需研发环境友好的新型制冷材料。基于铁质材料热效应的固态制冷技术因其环保高效的特性,受到了广泛关注。目前固态制冷的研究刚刚开始,还有很多问题值得深入研究。本研究从固态制冷出发,围绕新型复合制冷技术进行了新材料、新
【基金项目】
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国家杰出青年科学基金(项目编号:51925605);
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随着科学技术的不断发展,传统蒸汽压缩制冷技术已不能满足人们对于制冷技术日益增长的需求,并且该技术的大量使用已经产生并加剧了诸多全球性环境问题。为了应对传统制冷带来的臭氧空洞及全球变暖危机,亟需研发环境友好的新型制冷材料。基于铁质材料热效应的固态制冷技术因其环保高效的特性,受到了广泛关注。目前固态制冷的研究刚刚开始,还有很多问题值得深入研究。本研究从固态制冷出发,围绕新型复合制冷技术进行了新材料、新系统等的相关研究,旨在为推动高效复合制冷技术的发展提供可借鉴的研究基础。首先,采用溶液缓慢蒸发法制备了(C2H5NH3)2CuCl4(EA2CuCl4)晶体。前期研究发现其在低温下具有大的磁热效应,本文则通过对其室温区铁电相变过程的研究来获得其电热性能。结果表明EA2CuCl4具有较大的热释电系数p和唯象系数β,是一种新的电热材料。由于其在不同温区表现出不同的热效应,有望发挥多种制冷特性,实现多个温区的高效制冷。其次,采用溶胶凝胶法制备了P(VDF-TrFE)/Metglas复合材料。P(VDF-TrFE)具有巨电热效应,利用Metglas的磁致伸缩特性对P(VDF-TrFE)施加应力作用,探究应力对其电热制冷性能的增强效果。磁场从0变化到200 Oe的过程中,最大电极化强度Pmax从4.84μC/cm2增至5.63μC/cm2,最大熵变?Smax从14.2 J K-1 kg-1增至16.5 J K-1kg-1,制冷性能提高了16.78%,最佳工作温度从360 K变化至340 K,该结果证明应力能显著增强P(VDF-TrFE)的电热制冷性能,并能有效调控其工作温度。最后,以改善固态制冷换热效率低的问题为出发点,以磁制冷为代表建立了多种复合制冷模型,利用热电制冷响应迅速、热通量大的优势解决上述问题。通过对模拟结果分析发现,Gd/Bi2Te3复合结构不能提高系统的制冷性能,主要是因为热电制冷中起热载体的电荷不能像流体介质一样可以吸收连续的能量变化。Peltier元件的使用可以在一定程度上解决换热流体往复运动造成的系统损失,是热电制冷在磁制冷系统中应用的可行性方式之一,但增加Peltier元件后系统功耗增加,实现两者之间的平衡是今后的重点研究内容。
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