剑桥大学郭梦帆博士亲自讲解Nature大作：新型电卡多层电容器
剑桥大学郭梦帆博士亲自讲解Nature大作：新型电卡多层电容器
直播时间 ：2026年5月7日（周四）20:00——21:30
直播平台 ：
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【直播简介】
5月7日，英国剑桥大学、日本村田制作所等单位的研究人员在Nature发表题为《Electrocaloric effects across room temperature in multilayer capacitors》的研究论文，报道了一类新型铁电固溶体，首次使多层电容器能够在室温及以下产生大电卡效应，为低温区、低碳排、高效能新型热泵提供了潜在机遇。
随着人工智能、数据中心、电子芯片、建筑空调和冷链运输的快速发展，低碳排与高效能热管理已成为现代社会中日益重要的能源问题。传统压缩机制冷依赖气态制冷剂和机械压缩过程，不仅系统复杂，也面临温室气体排放和能效提升的挑战。发展高效、低碳、无气态制冷剂的新型固态制冷技术，已经成为材料科学、能源技术和器件工程交叉领域的重要方向。电卡制冷是一种有前景的固态制冷路线，通过铁电材料中极化状态在电场调控下有序度的可逆变化，诱导材料释放或吸收热量，有望应用于新型热泵。
电卡制冷走向实际应用面临的核心瓶颈之一是，许多材料虽然能够在特定温区产生较大的电卡效应，但要在大体积工质中实现跨越室温的有效制冷仍然困难。尤其是此前表现优异的Pb(Sc,Ta)O3多层电容器（简称PST），其大电卡效应依赖于高度B位有序结构，通常需要长达42天的退火处理而获得，但大效应只出现在近室温的居里温度以上（290 K），这限制了电卡材料在真实制冷场景中的进一步应用。
为解决这一问题，剑桥与村田团队采用了PST与Pb(Mg,W)O3之间的固溶策略。PMW的引入一方面扰乱PST中的偶极有序，从而降低铁电相变温度；另一方面，Sc3+/Mg2+与Ta5+/W6+之间显著的价态和尺寸差异，又有利于维持高B位阳离子有序结构。研究团队制备了85PST-15PMW和90PST-10PMW两种固溶成分的多层电容器。X射线衍射与原子分辨HAADF-STEM进一步确认了高价阳离子和低价阳离子在B位上的高度有序排列。