Твердотельные охлаждающие устройства на основе электрокалорического эффекта в сегнетоэлектрических материалах

• Автор: Еськов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Список сокращений

Введение

1. Электрокалорический эффект и теплонреобразователи на его основе

1.1. Физические основы электрокалорического эффекта в сегнетоэлетриках

1.2. Перспективные электрокалорические материалы

1.2.1. Сегнетоэлектрики-релаксоры

1.2.2. Электрокалорические характеристики твердых растворов магнониобата свинца - титаната свинца
1.2.3. Электрокалорические характеристики твердых растворов титаната бария-стронция

1.2.4. Электрокалорический эффект в полимерных сегнетоэлектриках

1.3. Охлаждающие устройства на основе электрокалорического эффекта

в сегнетоэлектриках

2. Методы исследования электрокалорического эффекта
2.1. Прямые методы измерения величины электрокалорического эффекта в объемных и слоистых образцах
2.1.1. Измерение ЭК эффекта с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии
2.1.2. Измерение электрокалорического эффекта в объемных и многослойный образцах термопарными и терморезистивными методами
2.2. Методы прямого и косвенного измерения величины электрокалорического эффекта в тонких пленках
2.3. Метод измерения величины электрокалорического эффекта с помощью СВЧ ферромагнитного резонатора

3. Разработка охлаждающего устройства па основе электрокалорического
эффекта без использования тепловых ключей
3.1. Принцип работы электрокалорического охладителя без использования тепловых ключей
3.1.1. Электрокалорический отклик сегнетоэлектрического конденсатора в различных термодинамических условиях
3.1.2. Термодинамический цикл электрокалорического охладителя, работающего без использования тепловых ключей
3.2. Математическая модель электрокалорического отклика сегнетоэлектрического конденсатора на воздействие периодического электрического поля
3.2.1. Вывод уравнения теплопроводности для среды с учетом электрокалорического эффекта
3.2.2. Аналитическое решение уравнения теплопроводности для среды с активным электрокалорическим элементом
3.3. Численное моделирование твердотельной электрокалорической охлждающей линии с одним и двумя активными элементами
3.3.1. Основные подходы к моделированию и оптимизации твердотельной охлаиедающей линии
3.3.2. Моделирование твердотельной охлаждающей линии на основе многослойных емкостных структур
3.4. Экспериментальное подтверждение эффекта охлаждения при подачи периодического сигнала на электрокалорический элемент, находящийся в неравновесных условиях, выполненное сторонними авторами
3.5. Радиальный электрокалорический микроохладитель без тепловых ключей и теплового сброса, вычислительная модель и прототип
Заключение
Список литературы
Список опубликованных работ по теме диссертации

Список сокращений
СЭ - сегнетоэлектрик
ЭКЭ - электрокалорический эффект
ЭК - электрокалорический
МКЭ - магнетокалорический эффект
ЦТС - цирконат-титанат свинца
ТГС - триглицинсульфат
БСТ - титанат бария-стронция
СЭП - сегнетоэлектрическая пленка
МФ - мультиферроик
США - Соединенные Штаты Америки
ДСК - дифференциальный сканирующий калориметр
ЖИГ - железо-иттриевый гранат.

1.3. Охлаждающие устройства на основе электрокалорического эффекта в се-гнетоэлектриках
В предыдущие годы исследователями из разных стран были предложены несколько вариантов прототипов охладителей на основе электрокалорического эффекта в сегнетоэлектрических материалах. Все предложенные прототипы реализованы либо с использованием тепловых ключей, либо с использованием механического перемещения электрокалорического элемента. На рис. 1.30 представлена обобщенная схема работы охладителя с использованием тепловых ключей [42]. Принцип работы подобных охладителей состоит в следующем: в начале цикла происходит адиабатическая поляризация электрокалорического элемента (рис. 1.30 (а-Ь)), в результате которой температура элемента возрастает. Затем происходит, посредством теплового ключа, либо перемещения электрокалорического элемента к тепловому сбросу, передача выделившегося тепла во внешний тепловой резервуар большой емкости, находящийся на температурном уровне, соответствующем начальной температуре электрокалорического элемента (рис. 1.30 (Ь-с)). На третьем этапе цикла происходит адиабатическая деполяризация ЭК элемента, в результате чего температура электрокалорического элемента понижается ниже начальной (рис. 1.30 (с-б)). На заключительном этапе цикла происходит охлаждение охлаждаемого объекта, за счет перетекания тепла через тепловой ключ от охлаждаемого объекта в электрокалорический элемент, находящийся на более низком температурном уровне (рис. 1.30 (б-а)). В дальнейшем цикл повторяется. Следует отметить, что устройство с одним электрокалорическим элементом, соединенным с тепловой нагрузкой и тепловым резервуаром посредством тепловых ключей не позволяет понизить температуру более чем на величину эле-трокалорического эффекта. Для увеличения температуры охлаждения необходимо применять последовательное соединение подобных устройств.