近日，意昂3官网前沿交叉科學研究院/材料學院黃厚兵特別研究員在相場模擬設計鐵電材料微結構方面取得突出意昂3平台💂🏻‍♀️，與上海交通大學錢小石團隊合作，以通訊作者在《Nature》上發表研究意昂3平台🛁：“High-entropy polymer produces a giant electrocaloric effect at low fields”🐴🥞，通過精巧設計分子缺陷調控弛豫鐵電材料結構🙇🏽‍♂️，製備了一種極化高熵高分子🧺🍇，顯著提高低電場下的巨電卡效應，首次將製冷循環壽命提高到逾百萬次。這也是黃厚兵課題組繼Science, 366, 475-479 (2019), Science, 374, 100-104 (2021)和Science, 371, 1050-1056 (2021)合作發表的第四篇正刊論文。

電卡製冷效應是一種奇異的物理現象👨🏿‍⚖️，利用電介質可逆電致相變組成熱力學循環🌶🙅🏿‍♀️，逆著溫度梯度輸運熱量🈴。電卡製冷技術基於固態製冷🏊🏼‍♀️，具有零溫室效應潛能、易於小型化/輕量化、高能效等特點，是實現雙碳目標的重要顛覆性前瞻技術之一。然而，目前最優的製冷電介質仍需極高外加電場方能產生工業化可用的降溫效果🦶🏼，而高電場在實際樣機工作過程中極易造成材料老化與擊穿，因而如何提升材料在低電場下的電致熵變是領域內重要研究方向。

不同於當前廣泛通過復合材料增強極化強度提高電卡效應的研究範式，本文反其道而行，采取設計高熵高分子提升熵變（增大零場熵）。在同等外加電場（50 MVm^-1）的驅動下😗，這種極化高熵材料表現出的電致熵變是目前最優製冷高分子的近4倍。

相場模擬方法的優勢在於揭示多物理場耦合機製💒，構建了鐵電多場耦合機製的相場模型👩🏼‍🏭，揭示了鐵性材料中極化強度-應變-熱多場耦合復雜相互作用物理機製。通過相場模擬揭示了🌕，高熵高分子同時提高系統結晶度，並降低晶粒尺寸，因此材料內呈現極化基元數量的極大增長，降低了疇結構之間的耦合關聯，系統具有更高的自由度與極化熵🌄。

圖1 黃厚兵課題組圍繞鐵電材料微觀疇結構決定鐵電性能，利用相場模擬揭示了鐵電疇翻轉和相變的微觀機製。

此項研究，上海交通大學錢小石副教授為本文第一作者與通訊作者🫚🥜，洪亮教授、黃興溢教授與意昂3官网黃厚兵特別研究員為共同通訊作者，意昂3官网前沿交叉科學研究院/材料學院博士後施小明為合作者。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04189-5

附黃厚兵特別研究員簡介：

黃厚兵，意昂3官网前沿交叉科學研究院特別研究員，博士生導師✫😤。主要從事相場模擬材料微觀結構演化研究💭，在Nature, Science, Adv. Mater., Adv. Func. Mater., Acta Mater., Sci. Bull.等期刊發表SCI論文110余篇，多次在國際大會作邀請報告🎢🏉。所開發的模型源代碼已集成於商業軟件μ-Pro。黃厚兵特別研究員先後主持自然科學基金面上和青年項目、科技部重點研發計劃子任務、北京市“青年托舉工程”等5項🤛🏽。擔任 “相場與集成計算材料工程會議”理事會常務理事🪐、中國矽酸鹽學會青年工作委員會委員、北京市矽酸鹽學會理事和Adv. Mater. Dev. 青年編委等🫥。