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  12月1日，上海交通大學機械與動力工程學院前瞻交叉研究中心錢小石教授課題組在Science上發表“Colossal electrocaloric effect in an interface-augmented ferroelectric polymer”的論文，開發了一種高分子拓撲界面外延技術，通過小分子晶體犧牲層誘導高分子極化界面的廣泛形成，使得鐵電聚合物在外界電場作用下展現出巨大熵變，在傳統的偏氟乙烯基弛豫鐵電高分子中實現了龐電卡效應，并揭示了拓撲外延的極化界面在外加電場調控下的熵變機理。錢小石教授為本文唯一通訊作者，博士生鄭珊瑜為論文第一作者。這是錢小石課題組本年度第二次以第一作者單位在Science上發表論文。

  巨電卡效應是一種奇特的凝聚態物理現象，利用固體電介質充放電過程中交替極化-退極化產生可逆的電致溫變所組成的制冷循環。電卡制冷系統具有電能損耗小，能效高，具有零溫室效應潛能和易于小型化、輕量化等特點，為制冷劑的替代和雙碳目標的實現提供重要的顛覆性前瞻技術之一。通過降低弛豫體極性疇尺寸策略，可降低兩個極性熵態間偶極翻轉能壘，從而增加電場誘導的偶極熵變。目前所報道的晶疇尺寸都在100-20納米，但由于弛豫鐵電體復雜的結晶過程，進一步將晶疇尺寸減小到亞納米尺度極具挑戰。

DMHD分子誘導聚合物界面增強效應表現出巨電卡性能

界面增強極性和非極性構像的IR-PiFM表征

界面增強聚合物和普通聚合物的結構分析

改性聚合物的介電行為和循環性能

  采用Landau-Ginzburg-Devonshire熱力學模型，并輔以相場模擬來模擬實驗測試的ECE，以提供定量的理解。通過對介電性能分析，極化強度和介電常數的提升證實了界面增強型電卡效應材料的存在。同時介電擊穿電場也提高了近150%，有利于電卡制冷實際循環運行。作為犧牲劑的DMHD創造的極性構像提高了材料整體的介電性能，沒有像永久性復合填料那樣帶來各種不利并發癥。改性后的納米孔極性界面暴露在不受物理約束的自由體積中，這顯著提高了TPD樣品的單位極化對熵的貢獻能力。

  TPD巨電卡效應在室溫附近具有良好的溫度穩定性，可以覆蓋10℃到70℃的有效溫度窗口，因此可以得到最大的RC制冷能力。TPD的制冷效率COP_mat和普通聚合物相比提高了250%，這可進一步減小電源的尺寸和重量，為潛在的便攜式電卡冷卻裝置提供動力。TPD樣品在最長300萬次的循環壽命(> 70天)內表現出優越的電卡誘導熵變化，使其成為實用電卡器件的良好候選者。

  這是我國科研單位首次以第一作者單位在Science上發表以電卡制冷為主題的研究論文。論文研究工作獲得多個團隊支持，其中澳大利亞核科學與技術平臺的準彈性中子散射實驗由上海交通大學物理學院、自然科學研究院教授洪亮團隊完成；機動學院陳江平教授，北京理工大學黃厚兵團隊和南京大學楊玉榮團隊為本研究提供了重要支撐。此外， Molecular Vista公司和布魯克（北京）科技有限公司也參與了關于納米紅外的研究工作。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi7812