制冷技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著越來越重要的角色，如日常溫度控制、食品儲(chǔ)存和工業(yè)制造。傳統(tǒng)的制冷技術(shù)主要基于蒸氣壓縮循環(huán)制冷，一方面由于壓縮機(jī)的存在導(dǎo)致器件難以微型化，另一方面氟利昂等制冷劑的使用會(huì)導(dǎo)致臭氧層破壞等環(huán)境問題。利用基于鐵電材料相變產(chǎn)生的電卡效應(yīng)（EC）進(jìn)行制冷作為一種新型的制冷技術(shù)，具有易于微型化、高效、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，因此有望應(yīng)用于微電子器件的制冷。到目前為止，科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了各種無機(jī)鈣鈦礦和有機(jī)聚合物鐵電體，如BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3和聚偏氟乙烯（PVDF）。然而，它們大多數(shù)冷卻性能差，驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)大，操作溫度遠(yuǎn)離室溫，這些缺點(diǎn)成為其實(shí)際應(yīng)用的潛在瓶頸。因此，迫切需要開發(fā)能夠在室溫附近產(chǎn)生巨大電卡效應(yīng)的鐵電材料。
近些年，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦家族成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，其在光、電、磁、發(fā)光及光伏器件中具有廣闊的應(yīng)用潛力。結(jié)構(gòu)上，有機(jī)和無機(jī)成分的結(jié)合使雜化鈣鈦礦具有豐富的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性和化學(xué)多樣性，為鐵電材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和探索提供了理想的平臺(tái)。更重要的是，無機(jī)鈣鈦礦框架之間的動(dòng)態(tài)有機(jī)陽(yáng)離子提供了很大程度的分子運(yùn)動(dòng)自由，能驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生大熵變的多重有序-無序相變。優(yōu)異的結(jié)構(gòu)多樣性、大的熱交換能力和豐富的物理性能，使得雜化鈣鈦礦在高性能室溫電卡制冷方面具有潛在的價(jià)值。
中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員羅軍華團(tuán)隊(duì)在雜化鈣鈦礦鐵電材料[(CH3)2CHCH2NH3]2PbCl4中發(fā)現(xiàn)了室溫附近的巨電卡效應(yīng)。該材料在室溫附近（302 K）時(shí)表現(xiàn)出劇烈的一級(jí)鐵電相變，具有顯著的自發(fā)極化（>4.8 μC/cm2）和相對(duì)較小的矯頑電場(chǎng)（<15 kV/cm）。更重要的是，室溫下，在較小的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)了25.64 J/kg/K的等溫熵變和11.06 K的絕熱溫度變化，從而獲得優(yōu)異的電卡效應(yīng)和制冷效率，單位電場(chǎng)作用下等溫熵變和絕熱溫度變化分別達(dá)到1.15 J·cm/kg/K/kV 和430 mK·cm/kV, 均高于傳統(tǒng)的無機(jī)和高分子鐵電材料。該工作不僅為雜化鈣鈦礦鐵電體的設(shè)計(jì)提供了有效方法，同時(shí)也為室溫固態(tài)制冷提供了一類潛在的具有優(yōu)異電卡效應(yīng)的候選材料。相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》上。
