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Interface-Charge Induced Giant Electrocaloric Effect in Lead Free Ferroelectric Thin-Film Bilayers.
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2019-12-30 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04727 Sagar E Shirsath 1 , Claudio Cazorla 1 , Teng Lu 2 , Le Zhang 1 , Yee Yan Tay 3 , Xiaojie Lou 4 , Yun Liu 2 , Sean Li 1 , Danyang Wang 1
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2019-12-30 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04727 Sagar E Shirsath 1 , Claudio Cazorla 1 , Teng Lu 2 , Le Zhang 1 , Yee Yan Tay 3 , Xiaojie Lou 4 , Yun Liu 2 , Sean Li 1 , Danyang Wang 1
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Conventional refrigeration methods based on compression-expansion cycles of greenhouse gases are environmentally threatening and cannot be miniaturized. Electrocaloric effects driven by electric fields are especially well suited for implementation of built-in cooling in portable electronic devices. However, most known electrocaloric materials present poor cooling performances near room temperature, contain toxic substances, and require high electric fields. Here, we show that lead-free ferroelectric thin-film bilayers composed of (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3 (BNBT) and Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BCZT) display unprecedentedly large electrocaloric effects of ∼23 K near room temperature under moderate electric bias. The giant electrocaloric effect observed in BNBT/BCZT bilayers, which largely surpasses the sum of the individual caloric responses measured in BNBT and BCZT, is originated from the presence of compositional bound charges at their interface. Our discovery of interface charge-induced giant electrocaloric effects indicates that multilayered oxide heterostructures hold tremendous promise for developing highly efficient and scalable solid-state cooling applications.
中文翻译：
无铅铁电薄膜双层膜中的界面电荷诱导的巨大电热效应。
基于温室气体的压缩-膨胀循环的常规制冷方法对环境具有威胁，并且不能被小型化。电场驱动的电热效应特别适合用于便携式电子设备中的内置冷却。但是，大多数已知的电热材料在室温附近的冷却性能较差，包含有毒物质，并且需要高电场。在这里，我们显示了由（Bi0.5Na0.5）TiO3-BaTiO3（BNBT）和Ba（Zr0.2Ti0.8）O3-（Ba0.7Ca0.3）TiO3（BCZT）组成的无铅铁电薄膜双层薄膜在适度的电偏压下，在室温下显示约23 K的前所未有的大电热效应。在BNBT / BCZT双层中观察到的巨大的电热效应，在很大程度上超过了BNBT和BCZT中测得的各个热量响应的总和，这是由于在它们的界面处存在结合束缚电荷而引起的。我们对界面电荷引起的巨大电热效应的发现表明，多层氧化物异质结构为开发高效且可扩展的固态冷却应用具有广阔的前景。
更新日期：2019-12-30
中文翻译：
无铅铁电薄膜双层膜中的界面电荷诱导的巨大电热效应。
基于温室气体的压缩-膨胀循环的常规制冷方法对环境具有威胁，并且不能被小型化。电场驱动的电热效应特别适合用于便携式电子设备中的内置冷却。但是，大多数已知的电热材料在室温附近的冷却性能较差，包含有毒物质，并且需要高电场。在这里，我们显示了由（Bi0.5Na0.5）TiO3-BaTiO3（BNBT）和Ba（Zr0.2Ti0.8）O3-（Ba0.7Ca0.3）TiO3（BCZT）组成的无铅铁电薄膜双层薄膜在适度的电偏压下，在室温下显示约23 K的前所未有的大电热效应。在BNBT / BCZT双层中观察到的巨大的电热效应，在很大程度上超过了BNBT和BCZT中测得的各个热量响应的总和，这是由于在它们的界面处存在结合束缚电荷而引起的。我们对界面电荷引起的巨大电热效应的发现表明，多层氧化物异质结构为开发高效且可扩展的固态冷却应用具有广阔的前景。
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