Giant room temperature electrocaloric effect in a layered hybrid perovskite ferroelectric: [(CH3)2CHCH2NH3]2PbCl4

电热效应 铁电性 材料科学 绝热过程 电场 钙钛矿(结构) 等温过程 制冷 磁制冷 凝聚态物理 相变 电介质 热力学 光电子学 磁场 磁化 结晶学 化学 物理 量子力学
作者
Xitao Liu,Zhenyue Wu,Tong Guan,Haidong Jiang,Peiqing Long,Xiaoqi Li,Chengmin Ji,Shuang Chen,Zhihua Sun,Junhua Luo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:54
标识
DOI:10.1038/s41467-021-25644-x
摘要

Electrocaloric effect driven by electric fields displays great potential in realizing highly efficient solid-state refrigeration. Nevertheless, most known electrocaloric materials exhibit relatively poor cooling performance near room temperature, which hinders their further applications. The emerging family of hybrid perovskite ferroelectrics, which exhibits superior structural diversity, large heat exchange and broad property tenability, offers an ideal platform. Herein, we report an exceptionally large electrocaloric effect near room temperature in a designed hybrid perovskite ferroelectric [(CH3)2CHCH2NH3]2PbCl4, which exhibits a sharp first-order phase transition at 302 K, superior spontaneous polarization (>4.8 μC/cm2) and relatively small coercive field (<15 kV/cm). Strikingly, a large isothermal entropy change ΔS of 25.64 J/kg/K and adiabatic temperature change ΔT of 11.06 K under a small electric field ΔE of 29.7 kV/cm at room temperature are achieved, with giant electrocaloric strengths of isothermal ΔS/ΔE of 0.86 J·cm/kg/K/kV and adiabatic ΔT/ΔE of 370 mK·cm/kV, which is larger than those of traditional ferroelectrics. This work presents a general approach to the design of hybrid perovskite ferroelectrics, as well as provides a family of candidate materials with potentially prominent electrocaloric performance for room temperature solid-state refrigeration.
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