Fe-Mn-Si基復(fù)合型室溫磁制冷工質(zhì)研究.pdf

1、MnFeP1-xSix系列化合物為一種新型的室溫磁制冷材料。該材料不僅具有良好的室溫磁制冷能力，而且制備工藝簡單、原料成本低、制冷溫區(qū)合適等優(yōu)點而呈現(xiàn)良好的應(yīng)用前景。
　　 本文主題是用Si替代MnFe(P，As)化合物中的As元素，研究了MnFe(P，Si)系列化合物的Fe2P型相形成、制備工藝、結(jié)構(gòu)與成分、原料雜質(zhì)對性能的影響、磁熱效應(yīng)的精確測定、復(fù)合型磁工質(zhì)的設(shè)計等一系列問題。
　　 為了準確測定材料的比熱容，從而

2、得到磁熱效應(yīng)參數(shù)，本工作首先用差示掃描量熱(DSC)法測定了金屬Gd的比熱容隨溫度的變化關(guān)系，結(jié)合固體的晶格比熱容和電子比熱容理論計算出Gd的磁比熱容，并確定最佳德拜溫度(150K)，從而確定相變點附近相對磁熵隨溫度的變化關(guān)系。相交點即居里溫度(Tc=290K)附近金屬Gd的最大磁熵變?yōu)?.7J.mol-1·K-1。測量結(jié)果表明，差示掃描量熱法是測定材料比熱容的快速、簡便方法之一，該測量方法具有較好的準確性，可用于室溫磁制冷材料磁熱效應(yīng)

3、的研究。
　　 為了驗證DSC方法可否應(yīng)用于一級相變材料磁熱效應(yīng)的研究，本文選擇NaZi13型LaFe9.6-xCoxSi1.4(x=0,0.4，0.5，0.6)系列化合物作為研究對象。在實驗中用特殊配方和真空電弧熔煉方法制備了LaFe9.6-xCoxSi1.4(x=0,0.4，0.5，0.6)系列化合物，在1373K溫度下退火50h?；衔锏氖覝豖-射線衍射結(jié)果表明，該系列化合物具有單相性很好的NaZn13型立方結(jié)構(gòu)，空間群為

4、(Fm-3c)；磁性測量和比熱容測量結(jié)果說明，該系列化合物經(jīng)歷鐵磁到順磁的一級相變，并且熱滯和磁熵變都隨著Co含量的增加而減小，但是化合物的居里溫度Tc和半峰寬隨著Co含量的增加而增大。通過計算朗道系數(shù)可知，Co含量的增加弱化了其一級相變。因為室溫制冷需要一個較寬的溫區(qū)，所以磁熵變的半峰寬增大對室溫磁制冷材料的應(yīng)用顯得非常重要。從制備工藝的角度看，把樣品熔煉完之后只需要退火50h即可得到單相性很好的NaZn13化合物；從價格角度看，制備

5、樣品的原料都是價格低廉的工業(yè)原料；從磁熱效應(yīng)的角度來看，該系列化合物不僅居里溫度可調(diào)到室溫，而且還有很大的磁熵變，所以綜合起來看，該系列化合物是一種較好的室溫磁制冷候選材料。
　　 本文重點研究了Mn1.28Fe0.67P1-xSix(x=0.52，0.54，0.56，0.58)系列化合物和Mn1.28Fe0.67P0.48Six(x=0.520,0.525，0.530,0.535，0.540)系列化合物的結(jié)構(gòu)、磁性和磁熱效應(yīng)。

6、研究結(jié)果表明：該系列化合物都形成為Fe2P型六角結(jié)構(gòu)，空間群為P-62m；隨著Si含量的增加化合物的晶格常數(shù)α和晶胞體積V都增大；化合物經(jīng)歷了由鐵磁到順磁的一級相變過程，化合物的熱滯呈現(xiàn)有規(guī)律的變化(2.5～6.1K和2.7～4.1K)，當(dāng)Si含量為0.56和0.540時，化合物的熱滯最小(2.5K和2.7K)，居里溫度Tc從232K和259K(x=0.52)升高到302K和299K(x=0.58和0.540)；在1.5T外加磁場變化下