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磁制冷設計研究現狀(編輯修改稿)

2026-07-24 16:51 本頁面

　

【文章內容簡介】認為Mn基磁致冷材料性能優良、價格低廉、易加工，是一種最有希望的室溫磁致冷候選材料，研發基于Mn基磁致冷材料具有很大的應用前景，但具有目前尚沒有克服的缺點：熱滯與磁滯大。有理由相信，高性能的室溫磁致冷材料研制出來后，室溫磁制冷技術必將很快實現商品化。5 磁制冷材料研究現狀根據磁性產生機理的不同,可將目前幾種典型的磁制冷材料分為4 類：( 1) 稀土磁制冷材料, 如常見的Gd、Gd5(Si x Ge1 x ) 4 、La ( Fex Si1 x ) 13 等；( 2) 類鈣鈦礦型錳氧化物RMnO3 (R 為稀土)；(3) 過渡族金屬基材料,如MnFePAs2( Ge ,Si)；(4) Heusler 型鐵磁性材料,如Ni2Mn2X(X = Ga ,In ,Sn) 等。下面將分別予以闡述。稀土磁制冷材料重稀土金屬Gd是研究較早的室溫磁制冷材料,目前開發的磁制冷樣機大都以其作為制冷工質,這主要是由于Gd的自旋磁矩較大(4f層有7 個未成對電子) ,居里溫度恰好在室溫區(293K)以及磁熱效應顯著(5T外磁場下磁熵變約為9. 5J / (kg K) )。 %(質量分數)高純金屬Gd成本較高、化學穩定性差而且磁熵變相對較小,實用性受限。1997年, Pechar sky等發現了Gd5(Si x Ge1 x ) 4 ( x ≤0. 5)系合金,該系合金的熵變達到Gd的2倍以上,更重要的是材料的磁熵變居里溫度可以在30～290K之間連續調節。岳明等發現通過適當的熱處理還可以提高Gd5Si2Ge2的磁熱效應。Pechar 后發現該合金在保持高磁熵變的同時,居里點升至301K。 %(質量分數)商業純Gd為原料制備Gd5(SixGe1 x)4 ,合金在相變點仍然具有巨磁熱效應,磁熵變稍低于高純合金。Gd5(SixGe1 x)4系合金降溫至居里溫度處同時發生順磁鐵磁相變和單斜正交晶體結構一級相變,即一級磁性相變,巨磁熱效應正是源于該相變潛熱的貢獻。Gd5(SixGe1x)4系合金磁熵變大,居里溫度可調,但易氧化,熱滯后大,對材料的純度要求較高,同時需要強磁場(5 T以上) 驅動,目前看來商業應用前景受到很大限制。下一步的發展應該是一方面研究采用商業純Gd原料制備巨磁熱效應材料的可行性。另一方面研究是否可以通過合金化及適當的熱處理來提高材料在低磁場下的磁熵變,通過這兩方面的研究進一步提升該體系材料商業應用的競爭力。類鈣鈦礦型錳氧化物類鈣鈦礦型錳氧化物RMnO3由于磁性與晶格之間強烈耦合而在居里點附近存在較大的磁熱效應。較其它磁制冷材料而言,其優點在于渦流損耗小、成本較低、制備簡單、性能穩定、磁熵變較大,但居里溫度偏低,很難應用于室溫附近。如La2/ 3Ca1/ 3MnO3的磁熵變為金屬Gd ( / (kg K) )的1. 5倍, / (kg K) ,但居里溫度僅為267K。雖然可以通過調整元素比例或摻雜其它元素將居里溫度調至室溫,但磁熵變相應降低, 如La0. / (kg K)(0～1 T) , / (kg

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