新聞網(wǎng)訊?近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院熊傳溪教授團(tuán)隊在聚合物電卡制冷領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“From negligible to giant electrocaloric effect of poly(vinylidene fluoride)”為題，發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》（Nature Communications）上。我校材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文第一通訊單位，我校博士研究生張藝博、葉志威為論文共同第一作者，熊傳溪教授、楊全嶺教授以及賓夕法尼亞州立大學(xué)王慶教授、張世賢助理教授為論文的共同通訊作者。

傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷技術(shù)普遍存在能耗高、系統(tǒng)體積大以及依賴環(huán)境有害制冷劑等問題。以卡效應(yīng)為基礎(chǔ)的固態(tài)制冷技術(shù)因具備高能效、無運(yùn)動部件和零直接排放等優(yōu)勢，成為新一代制冷技術(shù)的重要發(fā)展方向。其中，電卡制冷因其響應(yīng)速度快、易于集成等特點而備受關(guān)注。然而，如何在兼顧低成本與可規(guī)?；苽涞那疤嵯?，實現(xiàn)具有顯著電卡效應(yīng)的材料體系，仍是該領(lǐng)域亟需突破的關(guān)鍵科學(xué)與工程問題。

針對上述挑戰(zhàn)，熊傳溪教授團(tuán)隊提出并發(fā)展了一種固相壓力成型加工策略，在不引入化學(xué)改性的條件下，使最常用、成本最低的鐵電聚合物——聚偏氟乙烯（PVDF）實現(xiàn)了顯著增強(qiáng)的電卡響應(yīng)。研究結(jié)果表明，經(jīng)固相壓力成型處理后的PVDF薄膜表現(xiàn)出高達(dá)12.8 K的巨電卡效應(yīng)，其有效工作溫度窗口寬達(dá)60°C。傳統(tǒng)認(rèn)識中，PVDF由于分子結(jié)構(gòu)高度對稱、鐵電疇尺寸較大且晶體結(jié)構(gòu)致密，其電卡效應(yīng)通?？梢院雎圆挥?。該研究通過純物理加工方式有效重構(gòu)了材料內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，使致密晶體被破碎并轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮?、微小的β相晶體結(jié)構(gòu)。研究表明，該巨電卡效應(yīng)主要來自松散與致密β晶結(jié)構(gòu)差異引發(fā)的分子鏈取向熵變，以及微小晶粒中極性偶極子的翻轉(zhuǎn)熵變。鑒于PVDF原材料的廣泛可獲得性和成熟加工基礎(chǔ)，該研究為構(gòu)建可擴(kuò)展、低成本的聚合物固態(tài)制冷技術(shù)提供了新的研究思路和實現(xiàn)路徑。

熊傳溪教授團(tuán)隊長期致力于卡效應(yīng)固態(tài)制冷、柔性電功能等功能高分子材料與器件的開發(fā)與應(yīng)用，近年來取得了系列創(chuàng)新成果(Nat.Commun.2025,16,11180；Nat.Commun.2024,15,6567；Nat.Commun.2022,13,9；Adv.Mater.2025,e07704；Adv.Funct.Mater.2024,34,2313258；Chem.Eng.J.2025,524,169794等)。

圖?固相壓力成型制備的PVDF薄膜及其β相分布特征

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66151-7

文：張藝博、李爽；編輯：曹明；審核：劉凱