我国学者发现极化高熵钙钛矿氧化物的巨电卡效应

　　

图 “极化高熵”电卡陶瓷材料实物及其超细分散、高度混乱的极化结构

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2488302, T2342010等）等资助下，上海交通大学钱小石教授团队及其合作者在无机电卡制冷材料研究方面取得进展，相关研究成果以“高极化熵钙钛矿氧化物中的巨电卡效应（Giant electrocaloric effect in high-polar entropy perovskite oxides）”为题，于2025年4月9日发表在《自然》（Nature）,论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08768-8。

　　电卡效应是极性电介质在电场下发生可逆极化熵变的宏观热效应。由于其具有零温室效应、高能效、易于轻量化的特点，因此被认为是一种具有颠覆性潜力的未来制冷技术。无机铁电陶瓷由于具有较高的极化强度，长期以来作为一种主要的电卡制冷材料被广泛研究，然而，当前性能较好的电卡陶瓷含有大量铅、钪等元素，其大规模生产将面临额外的环境与成本问题。

　　针对以上问题，团队研究人员设计并合成了一种具有极化高熵状态的无铅钙钛矿氧化物，发现了其中蕴藏的巨电卡效应，并揭示了其内在构效关系。研究人员在钛酸钡陶瓷的A和B位同时针对性地取代多种元素，扰乱极性结构的有序度，创制了具有晶格级混乱度的“极化高熵陶瓷”，显著增强了无铅铁电陶瓷中的巨电卡效应。目标材料可以在外加电场（10 MV/m）下，表现出最大10 K的绝热温变和室温附近60 K的大工作温度窗口。该研究为电卡制冷技术提供了关键材料的创新设计方法，并跨尺度制造了集成化的多层电卡制冷新工质。