Low-k nano-dielectrics facilitate electric-field induced phase transition in high-k ferroelectric polymers for sustainable electrocaloric refrigeration

材料科学 电热效应 制冷 铁电性 电介质 纳米复合材料 相变 电场 聚合物纳米复合材料 铁电聚合物 聚合物 热电性 光电子学 纳米技术 凝聚态物理 复合材料 热力学 物理 量子力学
作者
Qiang Li,Lei Wei,Ni Zhong,Xiaoming Shi,Donglin Han,Shanyu Zheng,Feihong Du,Junye Shi,Jiangping Chen,Houbing Huang,Chun‐Gang Duan,Xiaoshi Qian
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-44926-8
摘要

Abstract Ferroelectric polymer-based electrocaloric effect may lead to sustainable heat pumps and refrigeration owing to the large electrocaloric-induced entropy changes, flexible, lightweight and zero-global warming potential. Herein, low-k nanodiamonds are served as extrinsic dielectric fillers to fabricate polymeric nanocomposites for electrocaloric refrigeration. As low-k nanofillers are naturally polar-inactive, hence they have been widely applied for consolidate electrical stability in dielectrics. Interestingly, we observe that the nanodiamonds markedly enhances the electrocaloric effect in relaxor ferroelectrics. Compared with their high-k counterparts that have been extensively studied in the field of electrocaloric nanocomposites, the nanodiamonds introduces the highest volumetric electrocaloric enhancement (~23%/vol%). The resulting polymeric nanocomposite exhibits concurrently improved electrocaloric effect (160%), thermal conductivity (175%) and electrical stability (125%), which allow a fluid-solid coupling-based electrocaloric refrigerator to exhibit an improved coefficient of performance from 0.8 to 5.3 (660%) while maintaining high cooling power (over 240 W) at a temperature span of 10 K.
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