Giant Room-Temperature Electrocaloric Effect of Polymer-Ceramic Composites with Orientated BaSrTiO3 Nanofibers

材料科学 电热效应 陶瓷 纳米复合材料 复合材料 聚合物 纳米纤维 制冷 铁电性 聚合物纳米复合材料 电场 热电性 铁电陶瓷 电介质 光电子学 机械工程 量子力学 物理 工程类
作者
Kailun Zou,Cancan Shao,Peijia Bai,Chao Zhang,Ying Yang,Rundong Guo,Houbing Huang,Wei Luo,Rujun Ma,Yong Cao,Sun Ai-xiang,Guangzu Zhang,Shenglin Jiang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (16): 6560-6566 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01776
摘要

Cooling based on the electrocaloric effect (ECE) is a promising solution to environmental and energy efficiency problems of vapor-compression refrigeration. Ferroelectric polymer-ceramics nanocomposites, integrating high electric breakdown of organic ferroelectrics and large EC strength of ceramics, are attractive EC materials. Here, we tuned the orientation of Ba0.67Sr0.33TiO3 nanofibers (BST nfs) in the P(VDF-TrFE-CFE) polymer. When the nfs were aligned parallel to the field, a ΔT of 11.3 K with an EC strength of 0.16 K·m/MV was achieved in the blends. The EC strength not only surpasses advanced nanocomposites but also is comparable to ferroelectric ceramics. The simulation indicates that a significantly higher electric field is concentrated in polymer regions around the ends of the orientated nfs, contributing to easier flipping of polymer chains for large ECE. This work provides a new method to obtain large ECE in composites for next-generation refrigeration.

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