Modeling and Simulation of the Giant Electrocaloric Effect
巨电热效应的建模与仿真
基本信息
- 批准号:1068024
- 负责人:
- 金额:$ 25万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-08-01 至 2015-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The electrocaloric effect is a physical behavior where the temperature of a material changes due to the application of an electric field. Recently it has been discovered that some ferroelectric materials exhibit a very large electrocaloric response, or "giant" electrocaloric effect. The goal of the proposed research is to develop computational modeling and simulation tools to study the electrocaloric effect in ferroelectric ceramic materials. These tools will then be used to study the thermal, mechanical and electrical fields in ferroelectric materials, and to predict the performance and efficiency of cooling devices made from these materials.The societal benefits of the proposed research stem from the fact that virtually all of the world's cooling and refrigeration technology is based upon the vapor-compression cycle of a refrigerant. Refrigeration systems based upon the vapor-compression cycle are generally bulky given that the coolant expands into a gaseous state, require moving parts in the compressor, and in some cases have a less than optimal environmental impact. The relatively recent discovery of the giant electrocaloric effect in ferroelectric ceramics may lead to new solid state cooling technologies that are energy efficient, reliable, portable, and environmentally friendly. Thin film devices that utilize the electrocaloric effect could have a significant impact on refrigeration, heat pumps, air conditioning, energy scavenging, and computer cooling. The computational simulation tools developed in the proposed research program will facilitate the understanding of the fundamental thermo-electrical behavior of ferroelectrics and will aid in the design of solid state cooling devices.
电气效应是一种物理行为,其中材料的温度由于使用电场而变化。 最近,已经发现某些铁电材料表现出非常大的电气反应或“巨型”电气效应。 拟议的研究的目的是开发计算建模和仿真工具,以研究铁电陶瓷材料中的电气效应。然后,这些工具将用于研究铁电材料中的热,机械和电场,并预测由这些材料制成的冷却装置的性能和效率。拟议的研究的社会益处源于几乎所有的所有事实世界的冷却和制冷技术基于制冷剂的蒸气压缩周期。 鉴于冷却液扩展到气态状态,需要压缩机中的运动部件,并且在某些情况下,基于蒸气压缩周期的制冷系统通常是笨重的,并且在某些情况下的环境影响不足。 在铁电陶瓷中相对较新的发现巨型电气效应可能会导致新的固态冷却技术,这些冷却技术是节能,可靠,便携式和环保的。 利用电气效果的薄膜设备可能会对制冷,热泵,空调,能量清除和计算机冷却产生重大影响。在拟议的研究计划中开发的计算模拟工具将促进对铁电的基本热电动行为的理解,并将有助于设计固态冷却设备。
项目成果
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