【摘要】：電卡材料通過電場作用能夠調制其偶極子而實現(xiàn)可逆溫度變化,從而實現(xiàn)電卡效應制冷,此制冷技術具有體積小、效率高和環(huán)保等優(yōu)點,因此在小型化電子元器件散熱方面具有廣泛的應用前景。現(xiàn)有聚合物基電卡材料具有比較高的電卡效應,但是存在電卡強度低和制冷容量小等問題。本論文從聚酰胺的聚集態(tài)結構轉變過程中熵變的角度出發(fā),詳細探討了電場作用下聚酰胺的絡合-解絡合過程及聚集態(tài)結構轉變過程,并對其電卡效應及其影響因素進行深入地研究。通過溶劑-流延成膜法,采用CaCl_2為絡合劑,制備了非晶態(tài)聚酰胺66/CaCl_2絡合物薄膜,實現(xiàn)了聚酰胺66從結晶態(tài)到非晶態(tài)的轉變;使用去離子水、無水乙醇和2-氯乙醇對聚酰胺66絡合物薄膜進行解絡合,聚酰胺66從非晶態(tài)轉變?yōu)榻Y晶態(tài)。利用可以人為控制聚酰胺66的聚集態(tài)結構原理,將其應用于電卡效應制冷技術中,并通過理論計算獲得其最大理論等溫熵變和絕熱溫變分別為653.4 J kg~(-1) K~(-1)和162.3 K。采用熔融共混-壓延成膜法,制備了非晶態(tài)聚酰胺66/CaCl_2絡合物薄膜。當CaCl_2含量達到5 vol%時,聚酰胺66完全轉變?yōu)榉蔷B(tài),Ca~(2+)與分子鏈中酰胺鍵中的N元素和O元素均發(fā)生絡合反應(以與N元素絡合為主),分子鏈之間的氫鍵作用被破壞。在0.4 kV cm~(-1)的電場作用下,Ca~(2+)發(fā)生遷移并呈現(xiàn)梯度分布,Ca~(2+)與酰胺鍵的絡合作用被破壞,酰胺鍵之間重新形成氫鍵結構;移除電場之后,Ca~(2+)發(fā)生回遷,酰胺鍵之間的氫鍵作用被破壞,Ca~(2+)與酰胺鍵重新發(fā)生絡合。在此過程中,非晶態(tài)聚酰胺66/CaCl_2絡合物薄膜產(chǎn)生的電卡效應約1 K,其電卡強度為2.5 K cm kV~(-1)。通過調節(jié)聚酰胺66、CaCl_2和2-氯乙醇的比例,制備了聚酰胺66/CaCl_2高分子凝膠體。在0.4 kV cm~(-1)的電場作用下,5%PA66/CaCl_2高分子凝膠體能夠產(chǎn)生的電卡效應為1.3 K,其電卡強度為3.25 K cm kV~(-1)。在0~0.4 kV cm~(-1)的范圍內,凝膠體的電卡效應隨著電場強度的增加而增加;在0.4 kV cm~(-1)電場作用下,其電卡效應隨著Ca~(2+)含量(3 vol%~5 vol%)的增加先升高后降低;在凝膠體中引入OMMT片層材料,能夠有效地縮短電卡效應的響應時間。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ317;TB383.2
【圖文】：

圖1-1電卡材料中偶極子變化示意圖re1-1 Schematic of dipole change in electrocaloric ma效應與材料的極化強度變化值 ΔP 有直接的關系，因鐵電材料為主[11]。目前電卡效應的理論還存在很大者認可的理論，一般用熱力學理論對電卡效應進行是熱電效應的逆效應，因此電卡效應還與熱釋電系角度，電卡效應與熱釋電系數(shù)的關系如下[13-15]：斯韋關系式：,=,= 時，式（1-1）可表示為：= 熵，pE是熱電系數(shù)，X 為應力，D=εoE+P 為電位.85×10 12Fm-1）為真空介電常數(shù)， 為電場作用

這項重大發(fā)現(xiàn)強烈推動了電卡效應的發(fā)展，加強了用的渴望，增加了研究者對鐵電聚合物的研究熱情。，電卡效應引起越來越多研究者的注意，電卡材料也得到組裝與應用成為當下研究者急需解決的問題。2009 年，組裝多層電容器的方法得到多層電卡器件，在較小的直應，盡管電卡效應比較微弱，但是使得普通直流電源制冷件結構更大程度上推動了器件的發(fā)展。隨著人類對聚合延展性和可塑性的特點，極大加快了可穿戴電卡器件的發(fā)[28]制備出 24 層結構的電卡器件，在 100 MV m-1電場的絕熱溫變，通過模擬在更大電場場強的作用下，能夠產(chǎn)生電卡制冷技術的應用奠定了基礎。總之，人類在不斷深入也迫切希望能夠探求新的電卡材料，更快地實現(xiàn)電卡器應用[29]。效應的制冷工作原理

板（散熱器），在電卡材料聚合物疊層兩端施加電場；（ii）保持外電場不變，電卡材料聚合物疊層堆積到熱沉上的熱量通過散熱器傳遞到外界環(huán)境；（iii）電卡材料疊層兩端移除電場，材料中偶極子變?yōu)闊o序排列，材料本身溫度降低；（iv）靜電致動作用下，電卡材料聚合物疊層與底部鋁板（熱源）接觸，保持電卡材料兩端電場為零，電卡材料疊層從熱載吸收熱量，對熱載實現(xiàn)電卡制冷（圖 1-3c）。

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本文編號：2758852