（通讯员 马子月）随着人工智能、高性能计算、5G/6G通信和可穿戴电子等技术快速发展，电子器件持续向高集成度、高功率密度和小型化演进，局部过热与精准热管理问题日益突出。传统蒸汽压缩制冷技术受系统体积、能耗、噪声及制冷剂环境影响等限制，难以满足未来微型化、集成化和绿色低碳热管理需求。基于电卡效应的固态制冷技术响应快、结构紧凑、无流体工质、易于芯片级集成，被认为是下一代高效热管理的重要方向，但该领域长期存在“大温变”与“宽温区稳定工作”难以兼顾的技术瓶颈。
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彭彪林教授团队围绕Pb(Sc0.5Ta0.5)O3（PST）基弛豫铁电材料，提出“B位中熵设计协同多层陶瓷电容器结构调控”策略。团队在PST基体中引入Sc、Ta、In、Nb四种等摩尔B位组分，构筑Pb(Sc0.25Ta0.25In0.25Nb0.25)O3中熵弛豫铁电体系，并制备成多层陶瓷电容器。该设计可诱导局域晶格畸变、氧八面体微旋转和极化纳米区形成，从而降低极化翻转能垒，提升电卡温度稳定性。优化后的器件在370 kV·cm-1电场下，实测绝热温变可达ΔTad = 9.34 K；在约90 K宽温区内可保持稳定响应，经过106次电场循环后仍具有良好抗疲劳特性。该研究有效突破了高电卡强度与宽工作温区之间的性能制约，为高性能、可集成电卡制冷器件开发提供了新的材料设计范式。
相关研究成果以“Giant and Broad-Temperature Electrocaloric Cooling via B-site Medium-entropy Design in PST-based Multilayer Ceramics”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Energy Materials》(2025年影响因子25.5)，新葡京官网-新葡京网址
为第一完成单位。新葡京官网-新葡京网址
2023级博士研究生马子月、2023级硕士研究生王豪、2024级硕士研究生李路军，联合云南大学梁夏莉博士、桂林理工大学刘来君教授共同担任论文第一作者；新葡京网址
彭彪林教授、安徽工业大学刘明凯教授，西安交通大学张乐研究员、云南大学胡万彪教授以及深圳大学邹继兆副教授为本文共同通讯作者。
图1 展示了本研究的核心设计思路：通过在PST基体中构筑B位等摩尔中熵组态，引入局域晶格畸变与氧八面体微旋转，促进极化纳米区形成，并结合多层陶瓷电容器结构实现高效电卡响应。该图从材料组分设计、自由能调控和器件结构三个层面概括了中熵设计提升电卡制冷性能的基本路径。
图 2 系统展示了Pb(Sc0.25Ta0.25In0.25Nb0.25)O3多层陶瓷电容器的器件结构与电卡性能。结果表明，经过优化退火处理后，器件具有清晰的介质层/电极层结构和均匀的元素分布，并在370 kV·cm-1电场下实现最高9.34 K的直接测量绝热温变，同时表现出良好的宽温区工作稳定性和循环抗疲劳性能。
图3 从原子尺度揭示了中熵设计诱导的微观结构特征。STEM表征结果显示，Sc、Ta、In、Nb等B位元素在晶格中均匀分布，并伴随局域晶格畸变、B位离子位移、极化纳米区以及氧八面体微旋转。这些局域结构特征为增强极化响应、降低极化翻转能垒和提升电卡效应提供了关键支撑。
图4 通过相场模拟进一步阐明了中熵PSTIN体系的极化动力学机制。与传统PST体系相比，中熵设计使材料形成四方、正交、菱方等多相共存的弛豫极化结构，显著展平自由能曲线并降低极化旋转能垒，从而提高温度变化下的极化响应强度，最终实现大温变、宽温区和高稳定性的协同提升。
