Unveiling a giant electrocaloric effect at low electric fields through continuous phase transition design

电热效应 相变 电场 反铁电性 相图 凝聚态物理 材料科学 绝热过程 相(物质) 热力学 工程物理 纳米技术 光电子学 物理 化学 铁电性 量子力学 电介质 有机化学
作者
Yunyao Huang,Leiyang Zhang,P. T. Ge,Ruiyi Jing,Wenjing Shi,Chao Li,Xiang Niu,V. Ya. Shur,Haibo Zhang,Sheng‐Guo Lu,Yintang Yang,Dawei Wang,Xiaoqin Ke,Li Jin
出处
期刊:Advanced powder materials [Elsevier]
卷期号:3 (5): 100225-100225 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.apmate.2024.100225
摘要

The reported electrocaloric (EC) effect in ferroelectrics is poised for application in the next generation of solid-state refrigeration technology, exhibiting substantial developmental potential. This study introduces a novel and efficient EC effect strategy in (1–x)Pb(Lu1/2Nb1/2)O3-xPbTiO3 (PLN-xPT) ceramics for low electric-field-driven devices. Phase-field simulations provide fundamental insights into thermally induced continuous phase transitions, guiding subsequent experimental investigations. A comprehensive composition/temperature-driven phase evolution diagram is constructed, elucidating the sequential transformation from ferroelectric (FE) to antiferroelectric (AFE) and finally to paraelectric (PE) phases for x=0.10−0.18 components. Direct measurements of EC performance highlight x=0.16 as an outstanding performer, exhibiting remarkable properties, including an adiabatic temperature change (ΔT) of 3.03 ​K, EC strength (ΔT/ΔE) of 0.08 ​K ​cm kV−1, and a temperature span (Tspan) of 31 ​°C. The superior EC effect performance is attributed to the temperature-induced FE to AFE transition at low electric fields and diffusion phase transition behavior contributing to the wide Tspan. This work provides valuable insights into developing high-performance EC effect across broad temperature ranges through the strategic design of continuous phase transitions, offering a simplified and economical approach for advancing ecofriendly and efficient solid-state cooling technologies.
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