ملخصات الأبحاث

ظواهر كهروحرارية كبيرة في مكثفات أكسيدات متعددة الطبقات 

.B. Nair et al
  • Published online:

تستخدم المضخات الحرارية المعتمِدة على موائع تشغيل مغناطيسية حرارية وكهروحرارية – تؤدي فيها تغيرات في المجالين؛ المغناطيسي، والكهربائي، على التوالي، إلى تحولات إنتروبية في الطور – عملية إعادة استخدام الحرارة المُمتَصة؛ للوصول إلى فجوات حرارية كبيرة نسبيًّا بين الأحمال المراد تبريدها، والمصارف الحرارية، غير أن أداء النماذج الأولية لهذه المضخات يشوبه القصور، حيث إن موائع التشغيل التجريبية – سواءٌ المغناطيسية الحرارية المدفوعة في عملها بمغانط دائمة، أم الكهروحرارية التي تعتمد في عملها على فَرْق الجهد – تُظْهِر تفاوُتًا في درجة الحرارة، يقل عن 3 كلفن.

في البحث المنشور، يبرهن الباحثون على أنَّ المكثفات متعددة الطبقات عالية الجودة، المصنوعة من مركّب تانتاليت سكانديوم الرصاص PbSc0.5Ta0.5O3، تتميز بحدوث ظواهر كهروحرارية كبيرة على نطاقٍ واسع من درجات حرارة البدء، حينما يحدث التحول الطوري الكهروحديدي من الدرجة الأولى عند درجة حرارة تتجاوز درجة الحرارة الحرجة (حسبما تثبت نظرية لانداو)، لتصبح أعلى من درجة حرارة كوري، التي تبلغ 290 كلفنًا، وذلك تحت تأثير مجالاتٍ كهربائية، قوّتها 29 فولتًا لكل ميكرومتر.

بلغت التغيرات في درجة الحرارة بالمنطقة المركزية الكبيرة للمكثف ذروتها عند 5.5 كلفن بالقرب من درجة حرارة الغرفة، وتجاوزت 3 كلفن عند درجات حرارة بدء تصل إلى 176 كلفنًا (فالوصول إلى التوازن الحراري الكامل من شأنه أن يخفض هذه القيم من 5.5 إلى 3.3 كلفن، ومن 176 إلى 73 كلفنًا). وإذا حلت المكثفات متعددة الطبقات، المصنوعة من تانتاليت سكانديوم الرصاص محل موائع التشغيل المغناطيسية الحرارية، فإنَّ المبادئ الراسخة الخاصة بتصميم المضخات المغناطيسية الحرارية يمكن إعادة توظيفها؛ لتحسين الأداء، دون استخدام مغانط دائمة ضخمة ومكلفة.

شكل 1 | بِنْية المكثف متعدد الطبقات. الصورة (أ) صورة ضوئية، والصورة (ب) مخطط توضيحي للقطب الكهربائي الداخلي الأعلى (باللون البني الداكن)، وجزء من القطب الكهربائي الداخلي التالي (باللون البني الفاتح)، والقطبان الكهربيّان الخارجيان (باللون الرمادي)، وتانتاليت سكانديوم الرصاص (PST) من زاويةٍ عمودية على اتجاه الطبقات (باللون الأصفر). الغرض من توضيح تباين الصورة هو تمييز كل منطقة. والمكثف متعدد الطبقات (MLC) - الموضح هنا - مكافئ للنموذج رقم 1 من المكثف متعدد الطبقات (MLC1). في الصورة (ب)، يرمز المربع الأبيض إلى مركز وجه المكثف (أبعاده 300 ميكرومتر × 300 ميكرومتر)، وترمز النقاط البيضاء الأربع إلى زوايا المستطيل الذي يمثل المنطقة الفعالة التي تتراكب فيها الأقطاب الكهربائية الداخلية. والصورة (ج) هي مقطع عرضي، يوضح سِتًّا من طبقات تانتاليت سكانديوم الرصاص، البالغ عددها 21 طبقة.

شكل 1 | بِنْية المكثف متعدد الطبقات. الصورة (أ) صورة ضوئية، والصورة (ب) مخطط توضيحي للقطب الكهربائي الداخلي الأعلى (باللون البني الداكن)، وجزء من القطب الكهربائي الداخلي التالي (باللون البني الفاتح)، والقطبان الكهربيّان الخارجيان (باللون الرمادي)، وتانتاليت سكانديوم الرصاص (PST) من زاويةٍ عمودية على اتجاه الطبقات (باللون الأصفر). الغرض من توضيح تباين الصورة هو تمييز كل منطقة. والمكثف متعدد الطبقات (MLC) - الموضح هنا - مكافئ للنموذج رقم 1 من المكثف متعدد الطبقات (MLC1). في الصورة (ب)، يرمز المربع الأبيض إلى مركز وجه المكثف (أبعاده 300 ميكرومتر × 300 ميكرومتر)، وترمز النقاط البيضاء الأربع إلى زوايا المستطيل الذي يمثل المنطقة الفعالة التي تتراكب فيها الأقطاب الكهربائية الداخلية. والصورة (ج) هي مقطع عرضي، يوضح سِتًّا من طبقات تانتاليت سكانديوم الرصاص، البالغ عددها 21 طبقة.

كبر الصورة