當今的制冷設備使用可轉化成氣體的冷卻劑。盡管這種類型的冷卻劑是有效制冷過程的基礎，但可能會對環境造成危害。那么，如果我們可以使用固體材料而不是液體材料作為經濟、環保的方式來對食品、飲料、藥物甚至電子設備進行制冷呢？這正是盧森堡科學技術研究所（LIST）正在研究的課題。該研究所的研究人員利用FLIR紅外熱像儀深入研究這一課題。

LIST的研究人員測量電熱效應，并希望更好地了解其制冷應用的可用性。

盧森堡科學技術研究所（LIST）是一家研究和技術機構，位于Esch-Belval鎮的盧森堡新研究與創新園區的中心位置。園區匯集了大學、研究中心、聯合實驗室、初創企業以及孵化器的強大創新潛力。

LIST的其中一個部門為材料研究與技術（MRT）小組。該部門正在研究如何將納米技術/納米材料轉變為應用驅動解決方案的方法。其中一個研究主題是如何將表現電熱效應的固體材料用于電子設備等的制冷系統。

研究電熱效應

電熱效應是可極化物質隨著施加或去除電場而經歷可逆溫度變化的現象。

薄膜中的電熱效應有可能用于高功率電子設備的高效制冷設備和制冷系統。對電熱材料施加電場會提高其溫度，減少電場則會降低溫度。

薄膜中的電熱效應有可能用于高功率電子設備的高效制冷設備和制冷系統。

“在博士研究人員的納米材料和納米技術部門，我們一直在建造電熱制冷設備的原型，以便將其與傳統制冷設備進行比較，”LIST研究員Romain Faye說。“這項技術的優勢在于電熱制冷設備具有更高的能效，并使我們能夠避免使用潛在的有害液體。”

具體來說，傳感器用鐵性材料組的研究人員正在使用多層電容器來測試制冷設備的冷卻速率。多層電容器由數十層至數百層約10至40微米的陶瓷層組成，10到40微米的陶瓷層被幾微米的金屬電極隔開，金屬電極交替連接至2個外部端子。

通過增加電場頻率從而產生電熱效應，輕松實現制冷設備的冷卻速率提升。在這個過程中重要的是在去除電場之前將產生的熱量與環境進行交換的能力。這樣，就可達到比環境溫度更低的溫度。

“我們想盡快進行熱交換，”Romain Faye說。“我們試圖確定這種熱交換過程如何受到材料本身的限制，例如在導熱性方面或材料的形狀方面。如果熱交換足夠快，我們可以每秒多次開關電場。”

高效、直接測量

通過測量電熱效應，LIST研究人員希望能夠更好地了解這種現象在制冷應用中的可用性。

“過去，研究人員主要使用間接測量，這種方法通過對極化進行測量，并將極化測量值作為溫度和電壓的函數推導得出電熱效應，而不是實際的溫度測量結果，”Romain Faye說。“然而，間接測量并不總是能夠得出正確的解釋。因此，我們的團隊一直在尋找更有效的直接溫度測量方法。”

直接測量溫度變化最常用的方法是使用熱電偶和紅外熱像儀。熱電偶是測量與溫度變化相關的電壓變化的電子設備，而紅外熱像儀則測量與溫度變化相關的紅外輻射變化。

“熱電偶對于我們來說未證明其實用性，”Romain Faye說。“我們在極小表面上研究由電流引起的非常快速的溫度變化。熱電偶不能提供進行這類測量所需的精度。另一方面，熱成像技術使我們能夠以可視化的方式顯示材料和環境之間的快速熱交換。”

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熱效應熱成像

體積小巧的高頻紅外熱像儀，如FLIR X6580sc，可在時間和空間上提供準確而靈敏的熱效應和材料熱行為成像。LIST一直使用FLIR X6580sc紅外熱像儀（結合使用一款能獲得3倍放大倍率的鏡頭）研究氧化物材料的熱行為。測得的熱變化（作為所施加電場的函數）具有從20mK到4K的熱靈敏度。

“我們需要一臺能夠以極高頻率測量極小溫差的紅外熱像儀，”Romain Faye說，“FLIR X6580sc做到了這一點，我們對這款熱像儀的性能印象深刻。”

FLIR X6580sc準確拍攝了材料在時間和空間上的熱效應和熱行為圖像。

FLIR X6580SC

FLIR X6580sc是一款適用于研究人員和科學家的高端紅外熱像儀，可提供640×512像素的熱圖像并能夠記錄高達355Hz的快速動態場景。紅外熱像儀還提供出色的熱對比度（NETD=20 mK）。

LIST研究人員已將FLIR X6580sc紅外熱像儀與FLIR的ResearchIR軟件結合使用，進行熱測量、記錄及實時分析。這款軟件使研究人員能記錄電場引起的溫度變化，并在圖像上更好地區分哪些是由于電場引起的，哪些是由圖像噪音引起的。這就使他們能夠以更豐富的細節展示熱圖像。

“來自FLIR團隊的支持令人驚嘆，”Romain Faye說。“他們幫助我們實現了高效的熱像儀設置，并調整熱像儀設置以獲得最佳效果。對我們來說幸運的是，由于我們使用FLIR熱像儀獲得了令人滿意的結果，我們將在幾個月內啟動一項新的后續研究項目。”

產生這些結果的研究工作通過項目COFERMAT FNR/P12/4853155獲得盧森堡國家研究基金（FNR）撥款資助。