1. 课题来源与背景； 课题来源。本成果来源于完成人申请的国家自然科学基金面上项目“多层铁电材料的场诱相变和巨电卡效应的研究”（80万元）和“多层反铁电材料的多场耦合和巨电卡效应的研究”（直接经费62万元），广东省自然科学基金重大基础研究培育项目“用于微电子芯片的全固态电卡制冷器件的研究”（100万元），东莞市核心技术攻关前沿项目“高储能密度和高电卡效应陶瓷超级电容器的研发”（200万元）。 课题背景。由于目前空调使用氟利昂或非氟利昂，前者破坏臭氧层，后者释放温室气体，两者都使全球气候变暖，所以，寻找替代技术刻不容缓。固态制冷是目前找到的最好技术，它包括磁卡制冷、弹卡制冷、热电制冷和电卡制冷。磁卡制冷的缺点是要使用磁铁，尺寸没法减小。另外，直流磁场最大为1.5特斯拉，产生的磁卡温变最大为6 K，不够大。弹卡制冷采用镍钛合金，其具有严重的疲劳效应，不能长期使用。热电制冷是一边制冷，一边发热，效率很低。器件性能系数（COP）仅为2 ~ 4。电卡制冷的COP可以达到9 ~ 11，而且没有磁卡制冷和弹卡制冷的缺点，是目前最好的选择。并且由于缺陷是影响材料耐击穿电场强度的主要原因，多层工艺可以使陶瓷的耐击穿电场强度高于80 MV/m, 所以我们采用多层陶瓷工艺来制备电卡材料，并研究其电卡效应。

     2. 研究目的与意义； 研究目的在于通过多层厚膜结构得到80 ~ 100 MV/m的耐击穿电场强度，通过极化翻转可以提高极化强度的变化值从而成倍提高电卡效应值。其意义在于得到具有较大电卡效应的多层陶瓷材料，为制备制冷原型器件打下基础。

    3. 主要论点与论据； 1) 对于[110]取向的铌镁酸铅-钛酸铅单晶，在室温(300 K)时，当电场强度从1 MV/m变为0时，电卡效应温变值为-0.35 K; 但是电场从0再变到-1 MV/m时，电卡效应温变值为-2.55 K（电卡强度值为2.55 K/(MV/m)）。从300 K到350 K,电卡效应的温变值基本不变，略有增加。从350 K到390 K, 低温变值略有增加，高温变值略有减小。390 K之后，两者接近。 2) 电卡强度的解析表达式为dT/dE=a0epsilon0epsilonrPT/cV,这里a0为吉布斯自由能展开式P^2项前的唯象系数，epsilon0为真空介电常数，epsilonr为相对介电常数，P为极化强度，T为温度，cV为比热容。我们对聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）二级相变铁电体、聚（偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯）驰豫型铁电体聚合物、掺锰的驰豫型铁电体陶瓷、锡钛酸锶钡一级相变铁电体陶瓷等的电卡强度进行了计算，发现正常铁电体（一级相变、二级相变）的计算值与实测值差别较大，原因在于铁电体的电调谐特性较大，驰豫型铁电体的计算值与实测值差别较小，原因是其电调谐特性较小。可见考虑电调谐特性后，电卡强度解析表达式可以用来估算材料的电卡强度，为寻找较大的电卡效应的材料进行理论预测。 3) 我们对锆钛酸钡多层厚膜陶瓷的电卡效应进行了研究。得到在电场为68 MV/m时，电卡温变值为13.94 K。

    4. 创见与创新； 创新点1)，极化翻转产生巨电卡强度。通过电场的反向施加，可以改变离子位移的方向，从而改变极化强度的方向。由于离子位移量的近2倍增加，从而产生极化强度变化量的近2倍增加，导致熵变及温变的约3倍增加（为以前的4倍）。 创新点2)，Belov-Goryaga方程（电卡绝热温变与温度的关系）的改进。首次将磁卡材料里的温变与磁场强度的关系引入到铁电体材料中，得到在低电场时，温变与电场的平方成正比; 高电场时，温变与电场的2/3方成比例。此关系已被我们证实，并被同行引用。 创新点3)，电卡强度的解析表达式。通过弹性吉布斯自由能对温度的导数，首次得到了电卡强度的解析表达式，并在正常铁电体共聚物、驰豫型铁电体三聚物、一级相变铁电体陶瓷、二级相变铁电体陶瓷、驰豫型铁电体陶瓷进行了验证，发现此解析表达式适用。并且发现铁电体的电调谐特性（电场对相对介电常数的调制）对电卡强度的估算有较大的影响。 创新点4)，多层陶瓷电容器、驰豫型反铁电体陶瓷和锆钛酸钡陶瓷的大电卡效应。多层陶瓷电容器结构被认为是电卡制冷原型器件的关键结构，我们测量了多层陶瓷电容器的电卡温变值，得到了较好的结果。此外，我们采用流延工艺，制备了无铅钛酸盐多层厚膜陶瓷，获得了高于4 K的电卡绝热温变值。为绿色原型制冷器件的制备找到了正确的途径。

    5. 社会经济效益，存在的问题； 多层陶瓷电容器工业是广东省的“拳头”产业，有三家上市公司。目前，企业的产品未能进入电容器的高端行列，比日本的同类产品的性能略差。并且从原材料到很多溶剂、试剂等，要从日本等国进口，存在着“卡脖子”的问题。本成果可望在多层陶瓷电容器的研发过程中，产生一定的社会效益，帮助提高多层陶瓷电容器的质量。 此外，由于空调的广泛使用，市场潜力无限。本成果一旦转化为产品，将具有巨大的经济效益，对广东的经济建设起着一定的促进作用。 当前存在的问题主要是电卡制冷材料的制冷温度偏低，需要进一步提高。

    6. 历年获奖情况； 研究论文“通过直接测量在铌镁酸铅-钛酸铅单晶中得到提升的电卡效应”荣获中国仪表功能材料学会电子元器件关键材料与技术专业委员会2020年度“国瓷新材料奖”优秀论文奖。