在国家试点学院的大力推动下,我院姜胜林、曾亦可教授及其团队的年轻教师张光祖博士与宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系的Qing Wang教授课题组深入合作,在前期成功设计、开发的高性能铁电纳米陶瓷/三元共聚物复合电卡制冷材料基础上(Advanced Materials, 27:1450, 2015),成功研制了高性能宽温区纳米复合电卡材料,有效拓宽了电卡材料的使用温度范围。相关研究成果《基于弛豫铁电体的复合电卡材料及其宽温区、强制冷效应研究》(Relaxor Ferroelectric-Based Electrocaloric Polymer Nanocomposites with a Broad Operating Temperature Range and High Cooling Energy,张光祖为论文通讯作者)再次发表在国际知名杂志《先进材料》(Advanced Materials,影响因子15.4)上。研究成果对促进电卡材料及下一代制冷设备的研究、开发和应用水平的提高具有重要的理论和实际意义。
在这项新的研究中,联合课题组创新性地采用弛豫铁电纳米粒子替代之前的普通铁电纳米粒子作为复合材料的填充物,借助弛豫铁电体的弥散相变特性,在保证材料强制冷能力的前提下有效拓宽了材料的使用温区,使复合材料在0℃-60℃温度范围内均具有理想的制冷特性。与此同时,课题组还在复合电卡材料的理论研究方面取得了进展。研究发现,复合材料理想的电卡效应来自于无机陶瓷填充物与有机共聚物基体的界面耦合效应,而纳米填充物巨大的比表面积使这该效应得到进一步增强。该理论研究为未来电卡材料与器件的设计和制备提供了重要理论指导。论文获得了审稿人的高度评价,成果被审稿人和Advanced Materials杂志编辑推荐作为当期杂志的封底(如下图)。