制冷器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种制冷器件及其制备方法。该制冷器件包括两个依次层叠的电极，两个电极中的一个为正极，另一个为负极，且两个电极之间设有制冷单元，制冷单元包括压电体层及层叠于压电体层上的铁电体层，其中，压电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，铁电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃。上述制冷器件具有较好的冷却效果。

Refrigeration device and preparation method thereof

The invention relates to a refrigeration device and a preparation method thereof. The refrigeration device includes two sequentially stacked electrodes, two electrodes in a positive, another is negative, and between the two electrode is provided with a refrigeration unit, cooling unit includes a ferroelectric layer, a piezoelectric layer and a piezoelectric layer on the phase transition temperature of piezoelectric layer the materials for 10 to 30 DEG C, phase transition temperature of ferroelectric layer material for 10 to 30 DEG C. The cooling device has better cooling effect.

【技术实现步骤摘要】
制冷器件及其制备方法
本专利技术涉及一种制冷器件及其制备方法。
技术介绍
区别于过去依赖于冷却剂的比热、相变的传统蒸发-压缩冷却机制，电卡冷却系统是依靠材料的极化特性，施加一定的电场，利用材料的熵的变化来达到制冷效果的一种冷却机制，因此，与传统的冷却机制相比，电卡冷却不仅高效，体积小，结构紧密，不含铅，且环保无污染，可应用在微电子领域，使得电卡冷却系统具有非常重要的应用前景。目前的电卡制冷系统通常采用铁电体实现制冷，然而铁电体的绝热温度较低，使得目前的电卡制冷系统存在着制冷效果较差的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种冷却效果较好的制冷器件。此外，还提供一种制冷器件的制备方法。一种制冷器件，包括两个依次层叠的电极，两个所述电极中的一个为正极，另一个为负极，且两个所述电极之间设有制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，其中，所述压电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃料，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃。在其中一个实施例中，所述压电体层的材料选自钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋及铌镁钛酸铅中的一种。在其中一个实施例中，所述铁电体层的材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。在其中一个实施例中，所述制冷单元为一个，所述制冷单元的厚度不超过200纳米。在其中一个实施例中，两个所述电极之间设有的所述制冷单元为多个，多个所述制冷单元依次层叠，且所有所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。在其中一个实施例中，所述电极的材料选自铜、铝、铟、铂、银、金及非磁性合金中的一种。一种制冷器件，包括多个依次层叠的电极，相邻的两个电极的极性相反，且相邻的两个所述电极之间设有制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，所述压电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃。在其中一个实施例中，还包括第一导电件和第二导电件，所述第一导电件电连接极性为正极的所述电极，所述第二导电件电连接极性为负极的所述电极。在其中一个实施例中，所有所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。一种制冷器件的制备方法，包括如下步骤：在铁电体层上形压电体层，得到制冷单元；在所述压电体层远离所述铁电体层的一面上和所述铁电体层远离所述压电体层的一面上分别各形成一个电极。由于目前的电卡制冷系统单靠铁电体在外加电场下，在室温附近的铁电效应发生极化状态变化而引发熵变所贡献出的绝热温度较低，致使其降温温度较小，制冷效果较差，而上述制冷器件通过将相变温度为-10℃～30℃的铁电体层的材料，与相变温度为-10℃～30℃的压电体层材料层叠使用，其中的压电体层在电场作用下，随着电场的变化能够发生显著形变的材料，d33(指压电材料中沿着33方向上的压电形变量)变化最大的时候，铁电体层会发生形变，会对层叠在压电体层上的铁电体层产生晶格尺度变化而对铁电体层引入机械应变，相当于对铁电体层引入第二个作用场，即应力场，通过应力场的调控增加铁电体层的熵变大小，以增加铁电体层的绝热温度，增加制冷器件的降温温度，从而使得上述制冷器件具有较好的冷却效果。附图说明图1为一实施方式的制冷器件的结构示意图；图2为另一实施方式的制冷器件的结构示意图；图3为另一实施方式的制冷器件的结构示意图；图4为一实施方式的制冷器件的制备方法的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，一实施方式的制冷器件100，包括两个依次层叠的电极110和设于两个电极110之间的制冷单元120。其中，两个电极110中的一个为正极，另一个为负极。具体的，电极110的材料选自铜、铝、铟、铂、银、金及非磁性合金中的一种；非磁性合金为钢、镁铝合金、铂锡合金等等。其中，电极110的厚度为20纳米～120纳米。具体的，两个电极110的厚度、材质可以相同，也可以不相同，只要导电接触欧姆电阻足够小就行。其中，制冷单元120包括压电体层122及层叠于压电体层122上的铁电体层124。即两个电极110分别层叠于压电体层122远离铁电体层124的一侧和铁电体层124远离压电体层122的一侧上。其中，根据如下公式可知：其中，上式中，ΔTm是绝热温度变化量，和为三个偏分方程多项式，分别代表制冷单元120在一种场内三个效应，分别是磁卡效应、弹卡效应和电卡效应。通过公式可以发现多场耦合是正面的叠加效应，对材料整体的绝热温度变化量有提升作用。其中，压电体层122的材料的相变温度为-10℃～30℃。具体的，压电体层122的材料选自钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、铁酸铋(BFO)及铌镁钛酸铅中的一种，其中，铌镁钛酸铅的结构式为(PbMg0.33Nb0.67O3)1-x:(PbTiO3)x，x＝0.1～0.5，简称PMNPT；锆钛酸铅的结构式为PbyZr1-yTiO3，其中，0＜y＜1。具体的，压电体层122的材料优选为铌镁钛酸铅，因为这种材料在电场中形变会引发外延生长在其表面上的铁电材料除了受到电场的作用，还有应变的作用。其中，铁电体层124的材料的相变为-10℃～30℃。压电体层122的材料和铁电体层124的材料的相变温度均为-10℃～30℃，首先，这个温区符合市场应用范围的，制冷制热均可以；其次，由于市场导向，在选取材料的时候，只有这个温区发生相变时，极化变化最为明显，这个时候每个偏分多项式贡献最大，结果是绝热温度变化量最大，那么制冷制热温度变化才会最明显。具体的，铁电体层124的材料选自钛酸钡(BTO)、锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅、铁酸铋(BFO)、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。为了获得较佳的绝热温度，压电体层122和铁电体层124的组合可以选择为如下组合：压电体层122的材料为锆钛酸铅(PZT)，铁电体层124的材料为钛酸钡；或者，压电体层122的材料为锆钛酸铅(PZT)，铁电体层124的材料为铁酸铋(BFO)；或者，压电体层122的材料为铌镁钛酸铅，铁电体层124的材料为锆钛酸铅(PZT)；或者，压电体层122的材料为铌镁钛酸铅，铁电体层124的材料为铁酸铋(BFO)；或者，铁电体层124的材料为钛酸钡，压电体层122的材料为铌镁钛酸铅。制冷单元120的压电体层122和铁电体层124采用上述材料组合，能够使制冷单元120具有相对较大的绝热温度。然而，铁电体层124的材料为钛酸钡，配合铌镁钛酸铅为材料的压电体层122能够使制冷单元120具有更加大的绝热温度，冷却效果更好，能够使制冷器件100具有较佳的冷却效果，因此，在本实施例中，优选为，铁电体层124的材料为钛酸钡，压电体层122的材料为铌镁钛酸铅。其中，制冷单元1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷器件，其特征在于，包括两个依次层叠的电极，两个所述电极中的一个为正极，另一个为负极，且两个所述电极之间设有制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，其中，所述压电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃。

【技术特征摘要】
1.一种制冷器件，其特征在于，包括两个依次层叠的电极，两个所述电极中的一个为正极，另一个为负极，且两个所述电极之间设有制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，其中，所述压电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃。2.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述压电体层的材料选自钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋及铌镁钛酸铅中的一种。3.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述铁电体层的材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。4.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述制冷单元为一个，所述制冷单元的厚度不超过200纳米。5.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，两个所述电极之间设有的所述制冷单元为多个，多个所述制冷单元依次层叠，且所有所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斯昭，陈朗，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44