2016 Fiscal Year Annual Research Report
Application of electrocaloric effect of ferroelectric compound to solid-state cooling devices
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26420684
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| Research Institution | Shonan Institute of Technology |
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Principal Investigator |
眞岩 宏司 湘南工科大学, 工学部, 教授 (50229283)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気熱量効果 / 強誘電体 / セラミックス / 冷却技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気熱量効果を用いた冷却技術が注目されている。電気熱量効果は電場の印加と除去による分極の制御により温度の変化を実現する。比較的基本的な設計で動作し、効率が高く、小型化も容易である点が優位である。本発表では温度変化をBaTiO3系強誘電体セラミックスと積層体について実際に測定した。分極の温度変化をもとに計算から求めたTのΔT値と比較した。また、冷却器の実現のために積層体などを用いて電場印加除去の際の温度分布を測定し、冷却器動作への指針を得ることを目的とした。試料としては、Ba(Zr,Ti)O3（BZT）、(Ba,Sr) TiO3（BST）などのBaTiO3系セラミックス、積層キャパシタ―、等を使用した。交番電場を印加したときの素子温度を測定した。試料の他の特性として分極、歪のヒステリシスカーブも、比誘電率の温度特性も測定した。
0.1Hzの交番電場を三角波として各種セラミックスに加えた時の試料温度を測定した。同じ条件で歪曲線も測定した。いずれも電場に対してバタフライ状の履歴を記していて、形状もよく似たものとなっていた。電気熱量効果は分極の変化に起因するのでこのような温度変化は妥当である。また、BST試料は分極ヒステリシス曲線、比誘電率の温度依存性から室温付近に相転移があることが分かった。BSTはBZTに比べ、比誘電率のピークが鋭い傾向にある。分極の温度変化から計算により求めた断熱温度変化ΔTは0.3K程度であり、実際の温度変化とほぼ同等であるが、一部試料では0.57KのΔTを示した。また、BaTiO3系の積層キャパシタ―においても0.5Kの温度変化を観測した。薄膜試料の温度変化測定にも取り組んだ。
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