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

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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 [Springer Nature]
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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