今天，让小编和大家一起，拜读一下裴老师的这篇《Science》。
电致冷（EC）冷却为高效、紧凑型固态热泵提供了一种前景广阔的方法。然而，已报道的电致冷器结构复杂，冷却温度提升有限。
1、SRHP的设计
作者展示了SRHP的结构示意图（图1A），SRHP由六个单元装置组成，每个装置由双层P(VDF-TrFE-CFE)聚合物薄膜制成，两侧层压碳纳米管(CNT)电极以形成活性电热(EC)层。该设计包括用于结构支撑的聚酰亚胺(PI)胶带和聚碳酸酯(PC)环，使每个堆栈能够响应电场执行受调节的电致伸缩驱动。PI层提供机械稳定性，并将聚合物的横向膨胀转化为垂直驱动，这对于有效的热接触至关重要。该横截面图（图1B）展示了SRHP的级联架构如何促进单向热流。交替堆栈以反相方式激活（例如，堆栈1、3和5处于活动状态，而堆栈2、4和6处于非活动状态）。电场引起的膨胀使每个有源堆叠向下变形，接触下面的下一层以传递热量。这种驱动对于保持平稳、连续的热传递至关重要，而无需额外的机械泵或执行器。这种配置使得流线型热泵能够在加热和冷却阶段之间有效地循环。
图 1. SRHP的架构和运行机制
2、P(VDF-TrFE-CFE)薄膜叠层
图 2. 结合EC效应和电致伸缩的单元装置的工作机制
3、SRHP 的操作
组装后的SRHP，其中六个独立单元堆叠在一起，并以计算出的0.95毫米的间距分隔开，确保每个堆叠在运行过程中都有必要的位移空间。间距优化了薄膜叠层之间的接触，避免了阻碍热传递的弯曲或分离。在冷却模式下，冷端电堆的温度曲线随着时间的推移稳步下降，在80MV/m下实现了8.8K的温降。热端温度升高，表明热泵成功从冷端通过级联级到达散热器。SRHP和散热器之间的热通量，峰值为366mW/cm²。时间平均热通量稳定在172mW/cm²左右，考虑到活动面积，该值可转化为0.78W的冷却功率，比冷却功率为1.52W/g，这表明SRHP能够保持稳定、高的热通量。热通量超过150mW/cm²的高值，即使冷却温度增至7.4K。这一性能超过太阳辐射功率的1.5倍，证明了SRHP在以下条件下的冷却效率：无外部负载，非常适合暴露于环境加热条件下的应用。
图 3. SRHP 的T冷却和热通量测量
4、能源消耗和性能系数 (COP)
图4总结了具有两个、四个和六个单元的SRHP的冷却功率和最大温降。六单元配置提供最高的冷却功率和温降，证实了级联设计的可扩展性。1Hz的频率可实现峰值冷却性能。较高的频率会增加循环次数，但也会引入热限制，这表明冷却功率受益于频率和传热率之间的平衡。此外，电场强度与SRHP冷却能力之间的直接相关性。较高的场强会增加冷却功率，这表明SRHP的性能可预测地随施加电压变化，这是优化功率输入的有用信息。作者将SRHP的性能与其他冷却技术进行了比较，显示特定冷却功率比具有相似温降的同类热电冷却器高五倍。这一比较凸显了SRHP卓越的冷却速率和功率效率，支持其在需要快速热管理的应用中的实用性。在三对薄膜叠层之间进行电荷循环时，冷却温度为7.4 K 时，COP 为 10.1。
图 4. 确定 SRHP 的最佳运行参数
SRHP利用P(VDF-TrFE-CFE)薄膜的电致冷和电致伸缩特性，实现了高效、紧凑和灵敏的冷却。作者揭示了一个针对快速冷却、高COP和特定冷却功率进行了优化的强大系统，使其成为体积更大、效率更低的冷却技术的可行替代品。它的潜在应用范围很广，从高峰运行时的局部电子冷却到极端高温下的个人冷却解决方案，满足了现代人对可持续、高性能热管理系统的需求。
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