南京大学校友！裴启兵，第4篇Science正刊！
学术
2024-11-04 21:34
河南
经费预存选华算：双十一重磅加码，高至30%预存增值！电致冷（EC）是一种高效的固态冷却技术，因其在环境友好和能量效率方面的潜力而成为研究热点。然而，目前的电致冷器面临着效率低下和温度提升有限等问题（挑战）。现有技术如蒸汽压缩制冷（VCC）虽然普遍应用，但存在低效率、噪声污染、体积庞大以及温室气体泄漏等缺陷，急需新型冷却方案以应对全球变暖的挑战。
为了解决这些问题，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校裴启兵教授团队在Science期刊上发表了题为“A self-regenerative heat pump based on a dual-functional relaxor ferroelectric polymer”的最新论文。研究人员提出了一种自我再生热泵（SRHP），该热泵利用了聚（氟化乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯）薄膜的电致伸缩变形，作为自然与电致冷循环同步的热传递机制。SRHP通过六个薄膜堆叠的级联结构，实现了高效的热传递，达到了14.2 K的温度提升，同时在30秒内可将温度降低至环境温度以下8.8 K。这种创新的冷却技术不仅显著提高了冷却功率，还消除了对额外泵送或致动器的需求，使设备更加紧凑和高效。研究结果表明，该电致冷系统具备良好的应用前景，能够满足对局部热管理日益增长的需求，为未来的冷却技术提供了新的解决方案。1. 实验首次设计并实现了一种自我再生热泵（SRHP），该热泵利用电致伸缩的聚合物薄膜堆叠进行高效热传递，首次将电致冷效应与电致伸缩机制结合，形成自然同步的热转移系统。2. 实验通过构建六层聚合物薄膜的级联结构，SRHP在操作过程中实现了最大14.2 K的温度提升，能够在30秒内将环境温度降低8.8 K。该热泵的最大特定冷却功率达到1.52瓦每克。3. 与传统的蒸汽压缩制冷技术相比，SRHP在体积、效率和环保方面具有显著优势。其简单的结构设计消除了对复杂泵和致动器的需求，降低了能耗并减少了设备体积，具有更好的应用前景。图1. 自再生式热泵self-regenerative heat pump，SRHP的体系结构和运行机制。图2: 电卡Electrocaloric，EC效应和电致伸缩的单元装置工作机制。图3: 自再生式热泵SRHP的冷却温度T和热通量测量。本文研究为固态冷却技术提供了新的思路，尤其是在提高能效和降低环境影响方面。通过将聚（氟化乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯）薄膜的电致伸缩变形与电致冷循环相结合，提出了自我再生热泵（SRHP），展现了紧凑且高效的热传递机制。这一创新不仅减少了对额外设备的需求，还通过优化热接触和提高材料的热导率，显著提升了冷却性能。研究表明，改善材料的热性能和绝缘设计是提升冷却效率的关键。这一发现对未来的便携式电子设备和高温环境下的人体冷却应用具有重要意义。SRHP在实现快速冷却的同时，还具有可扩展的制造工艺，这为大规模应用提供了可能性。Hanxiang Wu et al. , A self-regenerative heat pump based on a dual-functional relaxor ferroelectric polymer. Science 386, 546-551 (2024).DOI:10.1126/science.adr2268https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr2268🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
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