制冷技术一直是当今社会必不可少的一项发明，其应用涉及到了人类的日常生活、军事科学、工业生产和医疗制药等领域。但是随着集成电路的蓬勃发展，传统的压缩制冷因其占地面积大、高噪音和破坏环境等问题，渐渐无法满足电子电路芯片局部制冷的需要。因此，人类亟需发展新的制冷技术来解决这类问题，而基于电卡效应的固态制冷技术，由于其能耗低、体积小、噪音低等优点已经渐渐成为替代传统压缩制冷的有力候选者。电卡效应已被证实可以因一阶相变的潜热而得到增强，然而，通常发生一阶相变的温度要远高于室温，且工作温区十分狭窄。为此，如何利用相变去平衡绝热温变和工作温区是作者在硕士期间的主要研究内容。基于这种思路，我们分别设计了三种不同体系的陶瓷，分别为高熵陶瓷、锆酸铅钡(Pb0.7Ba0.3ZrO3,PBZ)基陶瓷和铌酸钠(NaNbO3，NN)基陶瓷，以此来寻找不同相变情况对电卡效应的影响。全文主要研究内容与结果如下: (1)研究了两种六组元高熵钙钛矿陶瓷(Bi1/6Na1/6Sr1/6Ba1/6Pb1/6Ca1/6)TiO3(BNSBPC)和(Bi1/6La1/6Na1/6K1/6Sr1/6Ba1/6)TiO3(BLNKSB)的电卡效应，XRD的精修结果表明，BNSBPC陶瓷的相结构为具有P4mm空间群的四方相，而BLNKSB陶瓷为立方相(Pm3m空间群)的相结构。对这两种陶瓷进行了介电曲线、原位拉曼光谱、铁电性能的表征，显示了两种高熵陶瓷不同的介电行为，BNSBPC陶瓷为类弛豫铁电材料，而BLNKSB陶瓷则表现出Debye介质的行为。通过Maxwell公式的间接计算可知，BNSBPC陶瓷在60kV/cm的电场下，最大绝热温变ΔTmax为0.63K,但是工作温区较窄，为20K。相比较而言，BLNKSB陶瓷的ΔTmax较低，为0.14K,但是可以在100K左右的范围保持工作状态的稳定。这种明显的差异是由于这两种高熵陶瓷的相变情况所有不同。BNSBPC陶瓷随温度变化发生了铁电-弛豫铁电相变，而BLNKSB陶瓷不随温度变化发生相变，因此二者有着截然不同的电卡性能。 (2)研究了(1-x)Pb0.7Ba0.3ZrO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3(PBZ-xBMT,x=0～0.03)陶瓷的电卡效应。通过掺入Bi(Mg0.5Ti0.5)O3,诱发了PBZ基体材料的介电弛豫性能，随着掺杂量的增加该体系经历了菱方相(x=0)→菱方相+伪立方相(x=0.01,0.02)→伪立方相(x=0.03)的相变。当Bi(Mg0.5Ti0.5)O3的掺杂含量为1％时，极化后的介电曲线和原位拉曼显示在300K附近发生了铁电-弛豫铁电相变，且XRD精修结果发现该组分在室温下存在着菱方相和伪立方相共存的情况。我们使用直接法测量该体系的电卡效应，测得该体系随着BMT掺杂量的增加，ΔTmax一直减小，ΔTspan一直增大。当x=0.01时，施加60kV/cm的电场，可以同时获得较高的最大绝热温变（ΔTmax=0.86K）和较宽的工作温区（ΔTspan=58K,ΔTspan=15％·ΔTmax）。直接法的测量表明了铁电-弛豫铁电相变和多相共存可以协同优化电卡效应。这项工作为探索同时具有大绝热温变和宽工作温区的铁电材料提供了指导，挖掘出了PBZ基陶瓷作为固态制冷器件候选材料的可能性。 （3）相变对于提高铁电体的电卡效应有着重要作用，大量关于电卡效应的工作主要集中在铁电-弛豫铁电相变中，而反铁电相之间的相变与电卡效应的研究却甚少。我们在此工作中以NaNbO3无铅陶瓷为基体，掺入Bi0.5Li0.5TiO3，设计了（1-x)NaNbO3-xBi0.5Li0.5TiO3（NN-xBLT,x=0.08,0.10,0.12）二元体系。值得注意的是，Bi0.5Li0.5TiO3的掺入起到了稳定NaNbO3的铁电Q相（空间群P21ma）和激发弛豫反铁电R相（空间群Pnma）的作用。XRD精修结果表明样品在原始状态下随掺杂量的增加发生了反铁电P相（空间群Pbma）和铁电Q相共存→弛豫反铁电R相的转变，且P-R的转变温度（TP-R）向低温方向移动，弛豫特性增加。该结果也可以通过介电分析/压电力图像，原位XRD/拉曼光谱和铁电性测试得到证明。直接测量该体系的电卡效应，其峰值从x=0.08时的0.15K增加到x=0.10时的0.21K,最后当x=0.12时降低至0.11K。有趣的是，在x=0.10的组分出现了两个最大电卡效应峰，这可能是反铁电弛豫R相中独特的极性纳米畴所导致的。这项工作加深了人们对反铁电P-R相变中的电卡效应机制的理解。
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