近日，Science在線發表了美國加州大學洛杉磯分校裴啟兵教授等人以題為“Highly efficient electrocaloric cooling with electrostatic actuation”的文章，該團隊利用柔性電熱（EC）聚合物膜和靜電致動機構開發出了一種具有高熱力學效率的冷卻裝置。可逆靜電力降低了寄生功率消耗，并通過與熱源或散熱器的良好熱接觸進行有效的熱傳遞。EC設備產生的冷卻功率為2.8W/g，COP為13。新的冷卻裝置比現有的固態冷卻技術更加高效和緊湊，為各種實際應用開辟了全新的途徑。同期賓夕法尼亞州立大學章啟明等人發表了題為“The refrigerant is also the pump”的評論。
圖1 固態EC冷卻裝置
圖2 P（VDF-TrFE-CFE）冷卻裝置通過靜電驅動將熱量從熱源移動到散熱器的工作機制
圖3 EC聚合物冷卻裝置的性能
圖4 柔性EC冷卻裝置的性能
數據顯示，該薄膜每克制冷功率高達2.8瓦，性能系數超過現有蒸氣壓縮制冷技術。“這意味著轉移同樣的熱量，我們的設備消耗更少的電能。”裴啟兵說。
測試結果表明，他們制造的降溫儀器讓一部三星智能手機電池的溫度在5秒內降低了8℃。相比之下，空氣降溫技術在50秒內僅降低3℃。
當談到這項技術的應用前景，裴啟兵說，它可以做成很小的制冷器，放在口袋隨身攜帶；可根據個人的需要來調節身體不同部位的溫度，且耗電量很小；也可給手機、電腦和可穿戴電子產品等有效降溫，延長它們的使用壽命。
《科學》雜志配發的評論文章寫道，有了這項技術，“人們可以想象，可穿戴式冷卻繃帶將取代冰袋，敷在傷口等；小型空調和熱管理系統可以安置在辦公桌上或整合到座椅里，進行局部性氣溫控制；芯片實驗室這樣的電子設備也將成為可能”。
論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1130
資料來源：材料人、中國科學報
- 安京珍教授/鄭爽博士/盧剛博士《Nat. Commun.》：超薄可控結晶聚合物膜 - 實現高水滲透率和高選擇性 2025-03-16
- 南京工業大學孫世鵬教授團隊 Nat. Commun.：離子化亞納米通道膜實現一、二價陰離子高效分離 2024-09-01
- 哈工大邵路教授團隊 PNAS：鰲合導向界面礦化制備原位自清潔膜 2024-03-06
