尼龙6/钙离子/聚苯胺复合材料在电场作用下结构转变的研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

一百多年来,蒸汽压缩技术在制冷系统中(空调、冰箱)占主导地位,但是这种压缩制冷技术的效率相当低下,并且这些制冷系统最有效的制冷剂是氟利昂、氯氟化碳和氯氟烃等含氟类物质,当这些物质进入到大气层后,会与臭氧反应进而破坏对紫外线辐射的天然保护层。为了有效的提高制冷效率,减少制冷剂对环境的危害,在近几十年里,寻找到一种可替代现有以氟利昂为制冷剂的冷却技术一直是国内外的学者们关注的问题。以研究新的物理效应为基础,寻找新的材料,开发出环保、新型的制冷器件(如热电制冷、磁制冷等)越来越被研究者们所重视。

最近,一种新型的利用电卡效应制冷的技术拉开了帷幕。电卡效应是通过模拟磁热效应的结果,当对材料施加一个电场时,部分偶极子从原来的混乱变为整齐,熵变小从而提高材料的温度。而当撤掉外加电场时,偶极子重新变得无序并在此过程中释放自身的热量,从而降低其温度。当前磁制冷的冰箱需要大型和昂贵的超导磁铁,相比于磁热效应而言,电卡效应制冷在设备配置上可以做到更小更轻更简便,需要的外加场强更小,具有很好的可设计性,价格方面也更具有优势。因此,对电卡效应的研究将会使诸多领域取得突破性的进展。

这种利用电卡效应的制冷技术除了更加环保之外,还将在微电子领域的应用有重大的突破,大大提高了高性能固态冷却设备的应用范围,如传感器的温度调节、电子设备和芯片上的冷却。如今,电子器件的小型化由于不断增长的需求已成为关注的焦点,而其中集成电路的芯片是由成千上万的组件组成,如此之多的组件在工作中往往会产生很大的热量,目前芯片级的散热技术一直困扰着电子器件向更小型化发展,而这一切将紧紧依赖于未来的芯片级的制冷技术。电卡效应为这个问题的解决提供了一个极具潜力的途径。

利用电卡效应替代传统的蒸汽压缩技术进行制冷并对集成电路进行芯片级的散热具有十分广阔的前景。随着科学技术的进步,电卡效应才逐渐得到人们的重视与认同。1878 年,William Thomson提出了热电现象,这为电卡效应的诞生奠定了重要基础,因为电卡效应本质上就是热电效应的―种逆效应,简而言之,热电效应是利用回路中的温差产生电动势的一种热电转换效应,而电卡效应则是利用电场的施加或者移除而产生温差的一种由电生热的效应。1943 年,Hautzenlaub首次测量出由电卡效应所产生的温差值,尽管测量出的温度变化值只有 0.003K,但是这些开拓性的研究工作在新材料的开发与冷却性能的提升上大大激发了科研工作者更多的创新理念。1962 年,Karchevskii发现一种铁电材料在其相转变温度点附近具有最大的电卡效应。这种铁电材料在当时是所有热电复合材料中性能最佳的,而此前关于热电材料的研究往往是针对特殊工业需求而进行的。随着超导材料的急速发展,对制冷的要求也愈加苛刻,而热电制冷技术极具潜力,因此热电效应的发展终于迎来了他们的时代。

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