Efecto electrocalórico gigante en los óxidos de perovskita de alta entropía polar

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• La termodinámica

Sus antecedentes:

• Los materiales con alto efecto electrocalórico (ECE) generalmente requieren estructuras polares desordenadas y sintonizables.
• Los ferroeléctricos de perovskita son prometedores debido a su alta respuesta dieléctrica y conductividad térmica.
• Las distorsiones atómicas multielementos pueden mejorar la ECE mediante la creación de estados de alta entropía polar, superando las limitaciones ordenadas de la perovskita.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un relajador ferroeléctrico sin plomo con un desorden polar significativo y una alta entropía polar.
• Investigar el impacto de la sustitución de múltiples elementos en la distorsión de la red y las configuraciones polares.
• Para lograr un alto efecto electrocalórico para aplicaciones prácticas de refrigeración en estado sólido.

Principales métodos:

• Sustitución dirigida de varios elementos en los sitios A y B de la red de perovskita.
• Inducción de la distorsión en celosía, configuraciones polares a nanoescala y regiones multifásicas.
• Caracterización de la entropía polar, el efecto electrocalórico y la vida útil del material.

Principales resultados:

• Se desarrolló un relajador ferroeléctrico sin plomo que exhibe un fuerte trastorno polar y una entropía polar mejorada.
• La sustitución de múltiples elementos indujo diversas configuraciones polares a nanoescala y aumentó la densidad de la interfaz.
• Se logró una ECE alta de ~ 15 J kg-1 K-1 a través de un amplio rango de temperatura (> 60 °C) bajo un campo de 10 MV m-1.
• El material demostró una larga vida útil (> 1 millón de ciclos).

Conclusiones:

• El desorden polar inducido por múltiples elementos y las configuraciones multifásicas mejoran significativamente la entropía polar y la ECE en los óxidos ferroeléctricos.
• El material desarrollado es adecuado para condensadores cerámicos multicapa en refrigeración electrocalórica.
• Este trabajo ofrece un camino hacia materiales electrocalóricos de alto rendimiento y sin plomo para tecnologías de refrigeración sostenibles.