مواد و ساخت پیشرفته

فروالکتریک‌هایی که جفت‌های موثر قطبش با دما و میدان الکتریکی را نشان می‌دهند، کاندیدهای امیدوارکننده‌ای برای تبرید الکتروکالریک (EC) هستند. عملکرد EC بهبود یافته BaTiO₃ (BT) ، به عنوان یکی از فروالکتریک­های بدون سرب که به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است، معمولاً در نزدیکی مقداری که به اصطلاح "وضعیت بحرانی" نامیده می­شود به دست می­آید.

در تحقیقات اخیر، برای اولین بار، ترکیبات مختلف بحرانی و همبستگی بین حالت بحرانی و اثر EC به طور سیستماتیک بررسی می‌شوند. برای اجزای مهم Ba(M_0.11Ti_0.89)O₃ (BT-0.11M, M=Zr, Hf, Sn),، TC با نرخ­های واگرا کاهش می­یابد، به این معنی که درجات مختلف خنثی­سازی در همبستگی فروالکتریک و در نتیجه عملکرد متناقض EC نشان داده شده است. برای BT-0.11Sn، عملکرد برتر EC در دمای اتاق حدود  K 0.9 نشان داده شده است که با BT-0.11Hf با TC بسیار بالاتر قابل مقایسه است. با این حال، حداکثر ΔT برای BT-0.11Hf کمتر از BT-0.11Zr است حتی با TC مشابه. همان حالت بحرانی، آنها را مشابه ساختار فاز می­کند، در حالی که سهم دامنه­های مختلف از طریق تجزیه و تحلیل رایلی مشارکت­های برگشت­پذیر و برگشت­ناپذیر به دست می­آید. برای نمونه‌هایی که بیشتر مشابه رلاکسورها هستند، ناهمگنی موضعی بیشتر و مناطق نانو قطبی بسیار پویا می‌توانند دمای عملیاتی را افزایش دهند و همبستگی‌های فروالکتریک دوربرد را به طور موثر جبران کنند که منجر به افزایش ΔT می‌شود.

این کار تحقیقاتی، ارتباط درونی بین حالت بحرانی و اثر EC را ایجاد می‌کند، و همچنین یک اصل کلی برای طراحی مواد EC عملی با کارایی بالا از طریق معرفی رلاکسورهای متوسط ارائه می‌کند.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645422001215