使用高电卡效应和高弹性模量聚合物复合材料的制冷装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种使用具有高电卡效应和高弹性模量的聚合物复合材料的制冷装置。特别是公开了，在保持高电卡效应的前提下，增强具有高弹性模量绝缘纤维的聚合物复合材料的机械性能和降低其蠕变的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 相关申请的交叉引用 本申请要求申请日为2014年9月18日申请号为62/052，205的美国临时申请的优先 权，并将其整体纳入本文作为参考。
本申请披露了使用电卡化C)聚合物复合材料的制冷装置。特别的，本申请设及通 过形成复合物来提高EC聚合物的机械性能及减少由于形成复合物而导致的EC聚合物蠕变 的方法，其复合物包括具有绝缘纤维的EC含氣聚合物。
技术介绍
电卡效应提供一种实现高效率并且对环境友好的制冷技术的引人注目的方式，特 别是当EC效应大时。电卡效应化CE)是绝缘电介质材料的热性能(如赌和溫度)与电性能(如 电场和极化)之间直接禪合的结果，其中，外加电场的改变诱导极化的相应改变，运又导致 在电介质材料中由等溫赌变AS测量的偶极赌的改变(赌变设及热量Q = TAS，其中T是溫 度）。如果电场的变化是在一个绝热条件下，那么电介质将会经历一个绝热溫度变化AT。然 而，过去报道的在临近室溫时具有较小的电卡效应（A Τ<2Κ)的材料应用在制冷设备上是 不切实际的。最近，在一种极性电介质聚合物中，一个巨电卡效应化CE)(例如，在低于 140MV/md或更低的电场下ΔΤ〉10Κ)能够被获得(Neese等，在临近室溫时铁电聚合物的大电 卡效应，科学杂志，^,2,8-823(2008);鲁等，具有巨大电卡效应的有机弛豫铁电体和无机 铁电体，Appl.I%ys丄ett.鸣，162904(2010);李等，在弛豫铁电体P(VDF-TrFE-C阳）Ξ元聚 合物中电卡效应的可调溫度特性，Appl. Phys丄ett. 99，052907(2011))。 电卡聚合物作为用于制冷装置及热累的固态制冷剂。在运样的装置中，EC聚合物 可被为多层模块，被称为EC模块。然而，制冷装置或热累的一般操作特征是E对莫块的全部将 承受应力，各部位所承受的所述的应力可能是不相同的。运个应力能导致EC聚合物模块的 变形(在不同位置EC聚合物模块改变形状)和蠕变(甚至在撤除应力之后，迟缓的形变会成 为永久的形变），运变形会降低制冷装置的性能，并且能够导致EC聚合物模块的永久损伤或 者甚至失效。因此，有必要降低EC制冷装置中E对莫块的变形及蠕变。
技术实现思路
本专利技术的优点在于公开了一种制冷装置，例如空气调节、制冷和热累，所述制冷装 置包含EC含氣聚合物复合材料。所述EC含氣聚合物复合材料可W包括具有绝缘纤维的EC含 氣聚合物。优选地，绝缘纤维能够提高EC含氣聚合物复合材料的弹性性能(例如，弹性模量 和拉伸强度），并且减少EC含氣聚合物的蠕变，但不影响聚合物的电卡效应。 本专利技术的其他优点通过一个制冷装置被实现。所述制冷装置包含一包括电卡化C) 含氣聚合物复合材料的制冷剂。优选地，所述EC含氣聚合物复合材料具有一高于0.5G化的 弹性模量。运样的制冷装置通过使用EC含氣聚合物复合材料能够从冷端(低溫巧Ij热端(高 溫)传递热量，反之亦然。所述制冷装置进一步包括一电场或电压发生器，所述发生器向所 述EC含氣聚合物复合材料施加一周期性的电场或电压W通过电卡效应诱导一周期性的溫 度变化(例如，增加和减少）。 本专利技术的实施例包括下述的单独的一个或多个特征的或各个特征的结合。例如， 所述EC含氣聚合物复合材料可W具有一沿着一个方向在溫度从-10°C到50°C的范围内比 0.5G化高的弹性模量。在一个实施例中，所述EC含氣聚合物复合材料可W具有一电场诱导 溫度变化，在绝热条件下，例如，在不高于lOOMV/m的电场下，高于6°C的变化(施加电场时加 热6°C和撤除电场时冷却6°C)。在另一实施例中，所述EC含氣聚合物复合材料对于EC含氣聚 合物复合材料薄膜具有一高于200MV/m的介质击穿场。在进一步的实施例中，此外，所述EC 含氣聚合物复合材料可W包括EC陶瓷，和高热导率(〉50W/mK)纳米-纤维/板/管。 所述EC含氣聚合物可W具有在室溫下高于10的介电常数，例如，高于15。在某一实 施例中，所述EC含氣聚合物复合材料可W包括EC含氣聚合物的混合，例如，EC含氣聚合物在 室溫下有高于10的介电常数。 在另一实施例中，所述EC含氣聚合物复合材料包含表现出明显ECE的EC含氣聚合 物。用于EC含氣聚合物复合材料的EC含氣聚合物的例子包括一个或多个Ξ元含氣聚合物 (terfluoropolymerS)、共聚含氣聚合物（cof luoropo lymerS)及彼此之间的混合。所述Ξ元 含氣聚合物可W有如下化学式:P(V肌-χ-y-RVR2y)，其中VDF是偏二氣乙締 (vinylidene fluoride)，r1 可 ^是^氣乙締（trifluoroethylene，TrFE)和 / 或四氣乙締 (tetraf luoroethyleneJFE)，及R2可 W是氯氣乙締 （chlorof luo;roethylene，C阳）、氯Ξ氣 乙締 （rotrif luoroethylene，CT阳）、一氯二氣乙締(；油1〇1'〇山;1^luo;roeth5dene，CD阳）、六氣 丙締化exaf luoropropylene，HFP)、六氣乙締化exaf luoroethylene，HFE)、偏二氯乙締 (vinylidene chlo;ride，VDC)、氯乙締(vin}d fluo;ride，VF)、町?及其组合，其中X的范围是 0.25~0.49，y的范围是0.03~0.2。所述EC含氣聚合物包括但不限于纯的Ξ元聚合物，例如 P(VDFi-x-广TrFEx-CFEy)，P(VDFi-x-广TrFEx-CTFEy)，P(VDFi-x-y-TFEx-CTFEy)，和P(VDFi-x-广 TFEx-CFEy)的Ξ元聚合物。所述共聚物可 W从包含P(VDFi-z-CTFEz)，P(VDFi-z-TFEz)，P (VDFi-z-TrFEz)(其中，z的范围是0<z^0.49)及其混合的群组中选择。所述EC含氣聚合物 复合材料也可W包括具有共聚含氣聚合物的Ξ元含氣聚合物的混合，例如P(VDFi-z-R3z)与P (VFi-z-R3z )(其中Z的范围是0<z^0.49)的共聚物，r3是TrFE，TFE，CT阳，HFP，CFE及其混合 物。 所述绝缘纤维可W是无机的或有机的，并且可W有一高于20GPa的弹性模量和高 于100的纵横比（长度/直径）。在某一实施例中，例如，所述绝缘纤维是玻璃纤维、氧化侣纤 维、氮化棚(BN)、聚乙締高取向纤维(PE)及凯芙拉纤维中的任意一种。本专利技术纤维包括具有 高纵横比（长度/直径>100)的微米级尺寸的纤维(直径是微米级的）。在另一实施例中，所 述绝缘纤维可W有大于0.2微米的直径，且彼此基本上取向排列近一致。所述对齐有利于沿 纤维长度方向和复合材料薄膜表面方向增强复合材料的弹性模量。 在本专利技术附加的实施例中公开，所述复合材料由（1)一种或多种EC含氣聚合物、 (2)-种或多种EC陶瓷纳米粒子和(3)或绝缘纤维组成。例如，纤维具有高弹性模量且电绝 缘。在某一实施例中，所述包括绝缘纤维于具有EC陶瓷纳米粒子的EC聚合物形成的聚合物 基体，可增强复合材料的机械性能。有益的纤维包括具有高弹性模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷装置，包含一制冷剂，所述制冷剂包括一电卡含氟聚合物复合材料，其特征在于，所述电卡含氟聚合物复合材料具有高于0.5GPa的弹性模量。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程爱兰，
申请(专利权)人：新生技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US