制冷器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种制冷器件及其制备方法。该制冷器件包括层叠件和磁场发生器，层叠件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个电极的极性相反，且每相邻两个电极之间层叠有制冷单元，制冷单元包括铁磁体层及层叠于铁磁体层上的铁电体层，铁磁体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，铁电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，磁场发生器用于给层叠件提供一个沿层叠件的层叠方向垂直的磁场。上述制冷器件具有较好的冷却效果。

Refrigeration device and preparation method thereof

The invention relates to a refrigeration device and a preparation method thereof. The cooling device includes a stack and a magnetic field generator, stack electrode comprises at least two stacked and cooling units adjacent two electrodes of opposite polarity, and stacked between two adjacent electrode cooling unit, cooling unit comprises a ferromagnetic layer and antiferromagnetic layer laminated on the ferroelectric layer, phase transition temperature ferromagnetic layer material for 10 to 30 DEG C, phase transition temperature of ferroelectric layer material for 10 to 30 DEG C, magnetic field generator for providing a stack stack stack along the direction perpendicular to the magnetic field. The cooling device has better cooling effect.

【技术实现步骤摘要】
制冷器件及其制备方法
本专利技术涉及一种制冷器件及其制备方法。
技术介绍
区别于过去依赖于冷却剂的比热、相变的传统蒸发-压缩冷却机制，电卡冷却系统是依靠材料的极化特性，施加一定的电场，利用材料的熵的变化来达到制冷效果的一种冷却机制，因此，与传统的冷却机制相比，电卡冷却不仅高效，体积小，结构紧密，不含铅，且环保无污染，可应用在微电子领域，使得电卡冷却系统具有非常重要的应用前景。目前的电卡制冷系统通常采用铁电体实现制冷，然而铁电体的绝热温度较低，使得目前的电卡制冷系统存在着制冷效果较差的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种冷却效果较好的制冷器件。此外，还提供一种制冷器件的制备方法。一种制冷器件，包括层叠件和磁场发生器，所述层叠件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个所述电极的极性相反，且每相邻两个所述电极之间层叠有所述制冷单元，所述制冷单元包括铁磁体层及层叠于所述铁磁体层上的铁电体层，所述铁磁体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述磁场发生器用于给所述层叠件提供一个沿所述层叠件的层叠方向垂直的磁场。在其中一个实施例中，所述铁磁体层的材料为钙钛矿型氧化物。在其中一个实施例中，所述铁电体层的材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。在其中一个实施例中，所述电极为两个，所述制冷单元为一个，所述制冷单元的厚度不超过200纳米。在其中一个实施例中，所述电极为两个，两个所述电极之间层叠有多个依次层叠的所述制冷单元，多个所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。在其中一个实施例中，所述电极至少为三个，所有所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。在其中一个实施例中，还包括具有一真空密封的容置空间的外壳和部分收容于所述外壳内的导热件，所述层叠件固定地收容于所述外壳内，并与所述导热件固定连接，所述导热件用于将所述层叠件的热量传导到外界，所述磁场发生器设置在所述外壳的外部。在其中一个实施例中，还包括设置在所述外壳外部的散热件，所述散热件与所述导热件固定连接。在其中一个实施例中，所述外壳的内表面上形成有反射膜。一种制冷器件的制备方法，包括如下步骤：在铁电体层上形成铁磁体层，得到制冷单元；在所述铁磁体层远离所述铁电体层的一面上和所述铁电体层远离所述铁磁体层的一面上分别各形成一个电极，得到层叠件；设置磁场发生器，以使所述磁场发生器给所述层叠件提供一个沿所述层叠件的层叠方向垂直的磁场。由于目前的电卡制冷系统单靠铁电体在外加电场下，在室温附近的铁电效应发生极化状态变化而引发熵变所贡献出的绝热温度较低，致使其降温温度较小，制冷效果较差，而上述制冷器件通过将相变温度为-10℃～30℃的材料的铁电体层，与相变温度为-10℃～30℃的材料的铁磁体层层叠使用形成制冷单元，且制冷单元设置于极性相反的电极之间，再设置用于给层叠件提供一个沿层叠件的层叠方向垂直的磁场，即电场和磁场的方向垂直，而由于多场耦合是正面的叠加效应，铁磁体层在与电场方向垂直，能够增加制冷单元的绝热温度，增加制冷器件的降温温度，从而使得上述制冷器件具有较好的冷却效果。附图说明图1为一实施方式的制冷器件的结构示意图；图2为一实施方式的制冷器件省略了外壳、电源、导热件、磁场发生器和散热件的结构示意图；图3为另一实施方式的制冷器件的层叠件的结构示意图；图4为另一实施方式的制冷器件的层叠件、第一导电件和第二导电件的结构示意图；图5为一实施方式的制冷器件的制备方法的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，一实施方式的制冷器件100，包括层叠件110和磁场发生器120。请一并参阅图2，具体在图示的实施例中，层叠件110包括层叠的两个的电极112和制冷单元114。两个电极112的极性相反。即两个电极112中的一个为正极，另一个为负极。两个电极112分别用于与电源20电连接。其中，电极112的材料选自铜、铝、铟、铂、银、金及非磁性合金中的一种；非磁性合金为钢、镁铝合金、铂锡合金等等。其中，电极112的厚度为20纳米～120纳米。其中，两个电极112的厚度、材质可以相同，也可以不相同，只要导电接触欧姆电阻足够小就行。制冷单元114层叠于两个电极112之间，其中，制冷单元114包括铁磁体层1142及层叠于铁磁体层1142上的铁电体层1144。即两个电极112中的一个层叠于铁磁体层1142远离铁电体层1144的一面上，另一个层叠于铁电体层1144远离铁磁体层1142的一面上。其中，铁磁体层1142的材料的相变温度为-10℃～30℃。具体的，铁磁体层1142的材料为钙钛矿型氧化物。其中，钙钛矿型氧化物的结构式为ABO3，A位和B位按照任意比例掺杂；A位选自镧系、錒系及过渡金属元素中的一种，B位选自镧系、錒系及过渡金属元素中的一种。更具体的，铁磁体层1142的材料选自镧锶锰氧(LSMO)、钌酸锶(SrRuO3)、锰酸镧(LaMnO3)、锰酸锶(SrMnO3)、锰酸钙(CaMnO3)、铁酸钴(Co2FeO4)、镍酸镧(LaNiO3)、铌酸锂(LaNiO3)及钛酸镧(LiNbO3)中的一种。进一步的，铁磁体层1142的材料的结构式为LaxSr1-xMnO3，其中，x＝0～0.7。优选的，铁磁体层1142的材料为镧锶锰氧(LSMO)，即0＜x≤0.7。由于镧锶锰氧具有较高的磁性，能够大大增加制冷单元114的绝热温度，增加制冷单元114的降温温度。根据如下公式可知：其中，上式中，ΔTm是绝热温度变化量，和为三个偏分方程多项式，分别代表制冷单元114在一种场内三个效应，分别是磁卡效应、弹卡效应和电卡效应。通过公式可以发现多场耦合是正面的叠加效应，对材料整体的绝热温度变化量有提升作用。其中，铁电体层1144的材料的相变为-10℃～30℃。铁电体层1144和铁磁体层1142的材料的材料的相变温度均为-10℃～30℃，首先，这个温区符合市场应用范围的，制冷制热均可以；其次，由于市场导向，在选取材料的时候，只有这个温区发生相变时，极化变化最为明显，根据如下公式可知，这个时候每个偏分多项式贡献最大，结果是绝热温度变化量最大，制冷制热温度变化才会最明显。具体的，铁电体层1144的材料选自钛酸钡(BTO)、锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。其中，锆钛酸铅的结构式为PbxZr1-xTiO3，其中，0＜x＜1。优选的，铁磁体层1142的材料为镧锶锰氧(LSMO)，铁电体层1144的材料为钛酸钡，由于镧锶锰氧具有较高的磁性，与钛酸钡的铁电体层1144配合能够大大增加制冷器件100的绝热温度，而增加制冷器件100的降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷器件，其特征在于，包括层叠件和磁场发生器，所述层叠件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个所述电极的极性相反，且每相邻两个所述电极之间层叠有所述制冷单元，所述制冷单元包括铁磁体层及层叠于所述铁磁体层上的铁电体层，所述铁磁体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，所述磁场发生器用于给所述层叠件提供一个沿所述层叠件的层叠方向垂直的磁场。

【技术特征摘要】
1.一种制冷器件，其特征在于，包括层叠件和磁场发生器，所述层叠件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个所述电极的极性相反，且每相邻两个所述电极之间层叠有所述制冷单元，所述制冷单元包括铁磁体层及层叠于所述铁磁体层上的铁电体层，所述铁磁体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述磁场发生器用于给所述层叠件提供一个沿所述层叠件的层叠方向垂直的磁场。2.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述铁磁体层的材料为钙钛矿型氧化物。3.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述铁电体层的材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。4.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述电极为两个，所述制冷单元为一个，所述制冷单元的厚度不超过200纳米。5.根据权利要求1所述的制冷器件，其特征在于，所述电极为两个，两个所述电极之间层叠有多个依次层叠的所述制冷单元，多个所述制冷单元的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斯昭，陈朗，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44