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電卡效應的測試原理

 更新時(shí)間:2024-05-23 點(diǎn)擊量:186

電卡效應測試原理主要涉及在極性電介質(zhì)材料中,由于外電場(chǎng)改變引起的極化狀態(tài)改變而產(chǎn)生的絕熱溫變和等溫熵變。具體來(lái)說(shuō),當對極性材料施加電場(chǎng)時(shí),材料中的電偶極子從無(wú)序狀態(tài)變?yōu)橛行驙顟B(tài),這導致材料的熵減小。在絕熱條件下,多余的熵會(huì )產(chǎn)生溫度的上升。相反,當移去電場(chǎng)時(shí),材料中的電偶極子從有序狀態(tài)變?yōu)闊o(wú)序狀態(tài),材料的熵增加。在等溫條件下,材料會(huì )從外界吸收熱量以保持能量守恒,或在絕熱條件下,由于熵的不足,材料的溫度會(huì )下降。


電卡效應測試裝置通常由溫度傳感器和高壓發(fā)生器組成。測試過(guò)程中,計算機控制高壓發(fā)生器對陶瓷樣品施加電壓并保持一段時(shí)間,使陶瓷與周?chē)h(huán)境達到熱平衡。然后立即撤去電壓,陶瓷中偶極子的極化方向將變得混亂,偶極子極化熵增大,而晶格振動(dòng)熵減少,導致陶瓷樣品的溫度突然下降,產(chǎn)生溫變ΔT。連接陶瓷的溫度傳感器將準確地測量出陶瓷的熱響應,并在失去外加電場(chǎng)后的短時(shí)間內(通常是幾毫秒),陶瓷樣品將再次與環(huán)境溫度達到熱平衡。


由于電卡效應是快速響應過(guò)程(其時(shí)間尺度取決于外加電場(chǎng)的強度),可以利用描述熱過(guò)程的零維模型來(lái)計算溫變ΔT。這種測試方法對于研究電卡材料、優(yōu)化其性能以及開(kāi)發(fā)新型電卡器件具有重要意義。


新型電卡器件類(lèi)型:


新型電卡器件,通常是指利用電卡效應(Caloric Effect)來(lái)實(shí)現溫度控制或能量轉換的電子設備。這些器件利用了電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的熵變和溫變特性,實(shí)現了電能與熱能之間的轉換。


在新型電卡器件中,一個(gè)關(guān)鍵組成部分是電卡材料,這些材料在電場(chǎng)作用下能夠產(chǎn)生顯著(zhù)的溫變。通過(guò)設計和優(yōu)化電卡材料,可以實(shí)現更高的能量轉換效率和更快的響應速度。


新型電卡器件的工作原理主要基于以下兩個(gè)方面:


電能轉換為熱能:當對電卡材料施加電場(chǎng)時(shí),材料中的電偶極子從無(wú)序狀態(tài)變?yōu)橛行驙顟B(tài),導致材料的熵減小。在絕熱條件下,多余的熵會(huì )產(chǎn)生溫度的上升,從而實(shí)現了電能到熱能的轉換。

熱能轉換為電能:當撤去電場(chǎng)時(shí),電卡材料中的電偶極子從有序狀態(tài)變?yōu)闊o(wú)序狀態(tài),材料的熵增加。在等溫條件下,材料會(huì )從外界吸收熱量以保持能量守恒,這可以看作是將熱能轉換為電能的過(guò)程。


新型電卡器件具有許多潛在的應用領(lǐng)域:


固態(tài)制冷:利用電卡效應產(chǎn)生的溫變,可以實(shí)現固態(tài)制冷器件,這種器件具有無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),適用于需要溫度控制的場(chǎng)合。

熱電轉換:新型電卡器件可以實(shí)現電能與熱能之間的高效轉換,為熱電轉換技術(shù)提供了新的思路。

傳感器:電卡材料對溫度和電場(chǎng)的變化非常敏感,因此可以用于制造高性能的溫度和電場(chǎng)傳感器。


電卡效應的測試原理

固態(tài)制冷循環(huán)(左)及蒸汽-壓縮制冷循環(huán)對比圖解


需要注意的是,新型電卡器件目前仍處于研究和開(kāi)發(fā)階段,其性能和應用還需要進(jìn)一步優(yōu)化和拓展。隨著(zhù)材料科學(xué)和微納加工技術(shù)的不斷進(jìn)步,相信未來(lái)會(huì )有更多高性能、多功能的電卡器件問(wèn)世。


產(chǎn)品推薦-電卡效應測試儀


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