Optimized Electrocaloric Refrigeration in Lead-Free NaNbO3-Based Ceramics via AFE ↔ FE Phase Transition Modulation

材料科学 电热效应 相变 电场 制冷 铁电性 反铁电性 磁制冷 绝热过程 大气温度范围 凝聚态物理 热力学 陶瓷 电介质 光电子学 复合材料 磁化 磁场 物理 量子力学
作者
Jie Wu,He Qi,Yonghao Yao,Liang Chen,Wenchao Li,Hui Liu,Shiqing Deng,Jun Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (49): 57379-57387 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.3c14218
摘要

An outstanding challenge for eco-friendly ferroelectric (FE) refrigeration is to achieve a large adiabatic temperature change within a broad temperature range originating from the electrocaloric (EC) effect, which is expected to be realized in antiferroelectric (AFE) materials owing to the large entropy change during electric field and thermally induced phase transition. In this work, a large EC response over a wide response temperature range can be achieved slightly above room temperature via designing the phase transition of NaNbO3. An irreversible to reversible AFE-FE phase transition on heating induced by the introduction of CaZrO3 into NaNbO3 plays a key role in the optimized electrocaloric refrigeration. Accordingly, accompanying the local structure transformation corresponding to the B-site ions, the transition temperature between the square polarization-electric field (P-E) hysteresis loop (the irreversible AFE-FE phase transition induced by the electric field) and the repeatable double P-E hysteresis loop (the electric field induced reversible AFE-FE phase transition) was tailored to around room temperature, in favor of extending large entropy change to the wide temperature range. This work provides an efficient approach to designing lead-free EC materials with excellent EC performance, promoting the advancement of environmentally friendly solid-state cooling technology.
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