盧森堡科學(xué)技術(shù)研究所（LIST）是一家研究和技術(shù)機(jī)構(gòu)，位于Esch-Belval鎮(zhèn)的盧森堡新研究與創(chuàng)新園區(qū)的中心位置。園區(qū)匯集了大學(xué)、研究中心、聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、初創(chuàng)企業(yè)以及孵化器的強(qiáng)大創(chuàng)新潛力。

LIST的其中一個(gè)部門(mén)為材料研究與技術(shù)（MRT）小組。該部門(mén)正在研究如何將納米技術(shù)/納米材料轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用驅(qū)動(dòng)解決方案的方法。其中一個(gè)研究主題是如何將表現(xiàn)電熱效應(yīng)的固體材料用于電子設(shè)備等的制冷系統(tǒng)。

研究電熱效應(yīng)

電熱效應(yīng)是可極化物質(zhì)隨著施加或去除電場(chǎng)而經(jīng)歷可逆溫度變化的現(xiàn)象。

薄膜中的電熱效應(yīng)有可能用于高功率電子設(shè)備的高效制冷設(shè)備和制冷系統(tǒng)。對(duì)電熱材料施加電場(chǎng)會(huì)提高其溫度，減少電場(chǎng)則會(huì)降低溫度。

“在博士研究人員的納米材料和納米技術(shù)部門(mén)，我們一直在建造電熱制冷設(shè)備的原型，以便將其與傳統(tǒng)制冷設(shè)備進(jìn)行比較，”LIST研究員Romain Faye說(shuō)?！斑@項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于電熱制冷設(shè)備具有更高的能效，并使我們能夠避免使用潛在的有害液體?！?/span>

具體來(lái)說(shuō)，傳感器用鐵性材料組的研究人員正在使用多層電容器來(lái)測(cè)試制冷設(shè)備的冷卻速率。多層電容器由數(shù)十層至數(shù)百層約10至40微米的陶瓷層組成，10到40微米的陶瓷層被幾微米的金屬電極隔開(kāi)，金屬電極交替連接至2個(gè)外部端子。

通過(guò)增加電場(chǎng)頻率從而產(chǎn)生電熱效應(yīng)，輕松實(shí)現(xiàn)制冷設(shè)備的冷卻速率提升。在這個(gè)過(guò)程中重要的是在去除電場(chǎng)之前將產(chǎn)生的熱量與環(huán)境進(jìn)行交換的能力。這樣，就可達(dá)到比環(huán)境溫度更低的溫度。

“我們想盡快進(jìn)行熱交換，”Romain Faye說(shuō)?！拔覀?cè)噲D確定這種熱交換過(guò)程如何受到材料本身的限制，例如在導(dǎo)熱性方面或材料的形狀方面。如果熱交換足夠快，我們可以每秒多次開(kāi)關(guān)電場(chǎng)?！?/span>

高效、直接測(cè)量

通過(guò)測(cè)量電熱效應(yīng)，LIST研究人員希望能夠更好地了解這種現(xiàn)象在制冷應(yīng)用中的可用性。

“過(guò)去，研究人員主要使用間接測(cè)量，這種方法通過(guò)對(duì)極化進(jìn)行測(cè)量，并將極化測(cè)量值作為溫度和電壓的函數(shù)推導(dǎo)得出電熱效應(yīng)，而不是實(shí)際的溫度測(cè)量結(jié)果，”Romain Faye說(shuō)。“然而，間接測(cè)量并不總是能夠得出正確的解釋。因此，我們的團(tuán)隊(duì)一直在尋找更有效的直接溫度測(cè)量方法。”

直接測(cè)量溫度變化最常用的方法是使用熱電偶和紅外熱像儀。熱電偶是測(cè)量與溫度變化相關(guān)的電壓變化的電子設(shè)備，而紅外熱像儀則測(cè)量與溫度變化相關(guān)的紅外輻射變化。

“熱電偶對(duì)于我們來(lái)說(shuō)未證明其實(shí)用性，”Romain Faye說(shuō)。“我們?cè)跇O小表面上研究由電流引起的非?？焖俚臏囟茸兓?。熱電偶不能提供進(jìn)行這類(lèi)測(cè)量所需的精度。另一方面，熱成像技術(shù)使我們能夠以可視化的方式顯示材料和環(huán)境之間的快速熱交換。”