一百多年来，蒸汽压缩技术在制冷系统中（空调、冰箱）占主导地位，但是这种压缩制冷技术的效率相当低下，并且这些制冷系统最有效的制冷剂是氟利昂、氯氟化碳和氯氟烃等含氟类物质，当这些物质进入到大气层后，会与臭氧反应进而破坏对紫外线辐射的天然保护层。为了有效的提高制冷效率，减少制冷剂对环境的危害，在近几十年里，寻找到一种可替代现有以氟利昂为制冷剂的冷却技术一直是国内外的学者们关注的问题。以研究新的物理效应为基础，寻找新的材料，开发出环保、新型的制冷器件（如热电制冷、磁制冷等）越来越被研究者们所重视。

最近，一种新型的利用电卡效应制冷的技术拉开了帷幕。电卡效应是通过模拟磁热效应的结果，当对材料施加一个电场时，部分偶极子从原来的混乱变为整齐，熵变小从而提高材料的温度。而当撤掉外加电场时，偶极子重新变得无序并在此过程中释放自身的热量，从而降低其温度。当前磁制冷的冰箱需要大型和昂贵的超导磁铁，相比于磁热效应而言，电卡效应制冷在设备配置上可以做到更小更轻更简便，需要的外加场强更小，具有很好的可设计性，价格方面也更具有优势。因此，对电卡效应的研究将会使诸多领域取得突破性的进展。

这种利用电卡效应的制冷技术除了更加环保之外，还将在微电子领域的应用有重大的突破，大大提高了高性能固态冷却设备的应用范围，如传感器的温度调节、电子设备和芯片上的冷却。如今，电子器件的小型化由于不断增长的需求已成为关注的焦点，而其中集成电路的芯片是由成千上万的组件组成，如此之多的组件在工作中往往会产生很大的热量，目前芯片级的散热技术一直困扰着电子器件向更小型化发展，而这一切将紧紧依赖于未来的芯片级的制冷技术。电卡效应为这个问题的解决提供了一个极具潜力的途径。

利用电卡效应替代传统的蒸汽压缩技术进行制冷并对集成电路进行芯片级的散热具有十分广阔的前景。随着科学技术的进步，电卡效应才逐渐得到人们的重视与认同。1878 年，William Thomson提出了热电现象，这为电卡效应的诞生奠定了重要基础，因为电卡效应本质上就是热电效应的―种逆效应，简而言之，热电效应是利用回路中的温差产生电动势的一种热电转换效应，而电卡效应则是利用电场的施加或者移除而产生温差的一种由电生热的效应。1943 年，Hautzenlaub首次测量出由电卡效应所产生的温差值，尽管测量出的温度变化值只有 0.003K，但是这些开拓性的研究工作在新材料的开发与冷却性能的提升上大大激发了科研工作者更多的创新理念。1962 年，Karchevskii发现一种铁电材料在其相转变温度点附近具有最大的电卡效应。这种铁电材料在当时是所有热电复合材料中性能最佳的，而此前关于热电材料的研究往往是针对特殊工业需求而进行的。随着超导材料的急速发展，对制冷的要求也愈加苛刻，而热电制冷技术极具潜力，因此热电效应的发展终于迎来了他们的时代。1977 年，Raghebaugh提出的低温电卡效应冷却装置概念得到了广泛研究与应用，SrTiO₃陶瓷能够在4K的负载及 15K散热片的作用下提供0.3K的温度变化。与此同时，能够在室温下工作的冷却装置也逐渐出现，陶瓷电卡效应的研究也开始进入人们的视野。自发现电卡效应六十余年来，仅有少数研究小组开展过电卡制冷的研究，这主要是因为不同于磁热材料和热电材料，人们只是在部分的块状物体上测量到及其微小的电卡效应，这使得利用电卡效应开发制冷设备的商业化尤为艰难。直到2006年，这种禁锢被彻底打破，研究发现厚度约350nm的PbZr_0.95Ti_0.05O₃薄膜从反铁电相到顺电相的跃迁大约225℃时（居里温度附近），产生了一个巨大的温度变化(12K)。这样的现象归因于一个事实：薄膜比块状物体在产生电卡效应更具有研究价值。两年后，一项研究工作报道了聚偏氟乙烯-聚三氟乙烯 P(VDF-TrFE)]在70℃时展现出巨大的电卡效应。这两个突破性研究在电卡效应领域内引起了很大的轰动，为开辟新的冷却时代打下了坚实的基础。之后大多数的研究工作都集中在铁电薄膜在室温下的电卡效应。

尼龙又称聚酰胺，其分子间存在许多氢键，是一种半结晶型聚合物，钙离子可以破坏尼龙分子间的氢键，并与其中的酰胺键产生络合，尼龙与钙离子复合之后，通过电场控制离子的迁移，则可控制尼龙由非晶态-结晶态的转变。聚苯胺是一种导电高分子聚合物，通过聚苯胺在电场作用下对钙离子的拉扯，则可以使钙离子的运动更加容易。整个过程中，电场的作用将引起复合材料结构的改变，从而产生巨大的熵变，在一定条件下将引起宏观上温度的变化。

因此，研究在电场作用下，尼龙6/钙离子/聚苯胺复合材料结构的转变，有望为固态制冷提供一种新的思路。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

材料制备：

a.溶液法制备尼龙6/钙离子复合材料；

b.溶液法制备尼龙6/钙离子/聚苯胺复合材料；