Vào ngày 9 tháng 4, một nhóm do Giáo sư Xiaoshi Qian dẫn đầu từ Trung tâm xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu kỹ thuật liên ngành tại Trường Kỹ thuật cơ học của Đại học Thượng Hải Jiao (SJTU) đã xuất bản một bài báo xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu có tiêu đề " Bài viết này được đồng tác giả với Giáo sư Shujun Zhang từ Đại học Wollongong, Úc. Nhóm xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu đã thiết kế và tổng hợp một oxit perovskite không có chì, trong đó có trạng thái entropy phân cực cao thể hiện hiệu ứng điện âm khổng lồ. xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu cho thấy mối quan hệ tài sản cơ bản cơ bản của nó và cung cấp một cách tiếp cận mới để thiết kế vật liệu cho các công nghệ làm lạnh thế hệ tiếp theo.

xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu liên quan đến việc thay thế đồng thời nhiều yếu tố tại cả hai vị trí A và B trong gốm barium titanate, gây ra rối loạn cấp độ mạng và tạo ra những gì chúng có hiệu quả gốm phân cực cao. Công trình cho thấy một chiến lược chế tạo quy mô chéo cho chất làm lạnh điện âm đa lớp và đề xuất một khung thiết kế mới cho các hệ thống làm mát trạng thái rắn trong tương lai.

Giáo sư Xiaoshi Qian và Giáo sư Shujun Zhang là những tác giả tương ứng. Tiến sĩ. Sinh viên Feihong Du và Phó Giáo sư Tiannan Yang từ Trường Kỹ thuật Cơ khí là những tác giả đồng đầu tiên.

Hiệu ứng điện âm đề cập đến sự thay đổi entropy có thể đảo ngược của điện môi cực khi một điện trường được áp dụng, dẫn đến sưởi ấm hoặc làm mát giống với cách làm lạnh thông thường sử dụng thay đổi pha trong chất lỏng. Tuy nhiên, làm mát điện âm phụ thuộc vào sự chuyển pha của trạng thái rắn và mang lại những lợi thế như phát thải khí nhà kính bằng không, hiệu quả cao và khả năng mở rộng.

Trong lịch sử, gốm sứ điện tử hiệu suất cao đã dựa vào các yếu tố chì và scandium, làm tăng mối quan tâm về môi trường và chi phí. Để giải quyết vấn đề này, các nhà xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu đã theo đuổi một giải pháp không có chì dựa trên mô hình hiện tượng Landau trước đây của họ đối với các vật liệu sắt điện. Họ đã thiết kế một loại gốm sắt điện thư giãn (BSHSZT, BA0.8SR0.2HF0.025SN0.025ZR0.025TI0.925O3) với các cấu trúc cực bị rối loạn, có hiệu quả. Sự hiện diện của các nanodomain phân cực quy mô nguyên tử này làm tăng mật độ tường miền, tăng cường hơn nữa các vật liệu phân cực của vật liệu, do đó tăng cường phản ứng điện âm.

So với các cấu trúc phân cực thông thường hơn như barium titanate (BT, Batio3) và barium zirconate titanate (BZT, BAZR0.2TI0.8O3), gốm nội hóa phân cực cao. Theo điện trường 10 mV m⁻, vật liệu của oxit entropy phân cực cao thể hiện sự gia tăng gấp mười lần trong sự thay đổi entropy (~ 15 J kg⁻ K⁻), cùng với phạm vi nhiệt độ làm việc kéo dài trên 60 ° C gần nhiệt độ phòng (Hình 1). Oxit entropy phân cực cao này có cấu trúc mạng tinh thể cực kỳ mịn màng, cường độ trường phân tích cao và hiệu suất đạp xe ổn định vượt quá 1 triệu chu kỳ.

Hình. 1. Thiết kế và tính chất chính của gốm sứ điện "cực cao".

Thông qua các kỹ thuật đặc tính cấu trúc như kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và nhiễu xạ tia X (XRD), các nhà xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu xác nhận rằng BSHSZT có cấu trúc phân cực bị rối loạn hơn BT và BZT. Khi sự thay thế phần tử tại các vị trí A hoặc B làm tăng rối loạn mạng lưới, các miền sắt điện lớn trong BT đầu tiên được phân mảnh thành các miền nhỏ hơn, đan xen trong BZT và tiếp tục thoái hóa thành các cụm cực bao gồm một vài mạng trong công suất BSHSZT phân cực cao. Các cụm cực này nhỏ hơn nhiều so với các nano phân cực thông thường và thể hiện các hướng phân cực khác nhau. Các mô phỏng trường pha cho thấy rằng các giao diện giữa các cụm này phản ứng mạnh mẽ với các điện trường, chiếm sự thay đổi entropy khổng lồ của vật liệu và hiệu ứng điện âm rõ rệt của nó (Hình 2).

Hình. 2. Cấu trúc cực cực, rất rối loạn trong gốm sứ điện âm "cực cao".

Chiến lược nhập cảnh cực cao này đối với các vật liệu vô cơ làm tăng hiệu quả sự thay đổi entropy điện trường trong khi giảm hàng rào năng lượng cho chuyển pha. Nhóm xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu tiếp tục mô tả sự phát triển của các cấu trúc cực trong gốm sắt vô cơ dưới một điện trường tại chỗ. Hình ảnh TEM cho thấy các cụm phân cực bị rối loạn trong BSHSZT dễ dàng trải qua sự hợp nhất và phân cực về miền dưới một điện trường. Ngoài ra, các phép đo phân tán tia X góc nhỏ (Gisaxs) và thế hệ sóng hài (SHG) (SHG) cho thấy giảm tín hiệu lớn hơn ở BSHSZT so với BT hoặc BZT trong cùng điều kiện, xác nhận hàng rào chuyển đổi phân cực thấp hơn (Hình 3).

Hình. 3.

BSHSZT cũng chứng minh hằng số điện môi cao hơn đáng kể so với BT và BZT, hỗ trợ khả năng đáp ứng điện trường cao hơn của nó. Sức mạnh phân cực của nó dưới các điện trường cao không thay đổi đáng kể, chỉ ra rằng hiệu ứng điện âm tăng cường bắt nguồn từ entropy cực không có trường thay vì cải thiện phân cực dưới các trường hữu hạn. Các nhà xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu tiếp tục chế tạo các tụ điện đa lớp bằng gốm bằng cách sử dụng BSHSZT, giảm điện áp lái xe và cải thiện đáng kể khả năng làm lạnh. Cường độ hiệu ứng điện của BSHSZT là 1000% so với BT và 250% so với BZT, với các chu kỳ ổn định của nó vượt quá 1 triệu lần. Hiệu ứng điện âm của nó hoạt động một cách đáng tin cậy trong cửa sổ 15555 ° C (Hình 4), thể hiện sự ổn định nhiệt độ tuyệt vời gần nhiệt độ phòng.

Hình. 4. Tính chất điện môi và chế tạo quy mô chéo của chất làm lạnh điện âm đa lớp.

xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu này đã nhận được hỗ trợ từ nhiều nhóm xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu, bao gồm cả nhà xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu liên kết Zhengqian Fu (Viện gốm sứ Thượng Hải), Giáo sư Shengyi Zhong (SJTU Paris Elite Viện Công nghệ và Trường Khoa học Vật liệu, SJTU) (Viện xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu nâng cao Zhangjiang, SJTU) và Giáo sư Hua Hao (Đại học Công nghệ Vũ Hán). Các giáo sư Xiangyang Zhu, Quảng Đông, Jiangping Chen, và phó giáo sư Xin Chen từ Trường Kỹ thuật Cơ khí SJTU đã cung cấp hướng dẫn quan trọng. Những đóng góp bổ sung đến từ Giáo sư Long Qing Chen (Đại học bang Pennsylvania), Giáo sư Hanxing Liu (Đại học Công nghệ Wuhan), nhà xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu Genshui Wang (Viện Gốm sứ Thượng Hải) và Giáo sư Dao Xiang (Trường Vật lý và Vật lý, SJTU).

xem bóng đá trực tiếp nhà cái cứu được tài trợ bởi Chương trình R & D chính quốc gia Trung Quốc, Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc, Quỹ khoa học tự nhiên Thượng Hải, sáng kiến "Jiao Tong 2030" của SJTU, chương trình "Học giả Siyuan" và chương trình cơ sở chuyển hướng tiến bộ. Tài nguyên thử nghiệm được cung cấp bởi Trung tâm đổi mới sinh viên SJTU, Trung tâm phân tích công cụ, Cơ sở Quốc gia về Y học Dịch thuật (Thượng Hải) và BL16B1 Beamline tại Cơ sở bức xạ Synchrotron Thượng Hải.

Liên kết giấy:https: //www.nature.com/articles/s41586-025-08768-8

Biên tập viên về nhiệm vụ: Tao Qingxiao