新型稀土-過渡金屬基化合物磁熱性能研究.pdf

1、近年來，室溫磁制冷技術(shù)因其高效節(jié)能、綠色環(huán)保等特點而受到廣泛的關(guān)注。與之相應(yīng)，作為制冷工質(zhì)的室溫磁致冷材料的開發(fā)與研究也成為磁性材料研究領(lǐng)域的熱點。目前，在室溫磁制冷技術(shù)與設(shè)備研發(fā)中廣泛使用的金屬Gd。作為二級相變材料，Gd的居里溫度處于室溫區(qū)，而且具有較大的高場(H>5T)磁熵也較大，但是其高昂的價格使其很難實用化。而新開發(fā)的Gd5(SixGe1-x)4、MnFeP1-xAsx和La(FeSi)13系等一級相變磁致冷材料盡管具有更高的

2、磁熵，但是伴隨相變過程的熱滯和磁滯現(xiàn)象同樣在極大程度上限制了這類材料的實用化。對此，本文嘗試開發(fā)居里溫度處于室溫附近、且具有較大的磁熱效應(yīng)的二級相變的磁致冷材料。鑒于稀土-過渡金屬基化合物具有優(yōu)異的內(nèi)稟磁性，我們選擇(R1yR21-y)z(FexMn1-x)100-z型化合物(其中R1為Sm或Er中的一種或兩種、R2為Ce、Pr、Gd、Tb、Dy中一種或多種)為研究對象，研究材料的成分、晶體結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)對其磁熱性能的影響。 采用

3、懸浮感應(yīng)熔煉的方法制備了名義成分為Gds(Fe0.9Mn0.1)92和(Gd0.5Ce0.5)11(Fe0.9Mn0.1)89的合金，合金隨后在1273K溫度下退火7天。XRD結(jié)果顯示，合金主相為TbCu7結(jié)構(gòu)，此外有少量CeFe2結(jié)構(gòu)的富Gd相。SEM結(jié)果顯示退火使合金的組織明顯均勻化，能譜分析結(jié)果與XRD結(jié)論相一致。利用振動樣品磁強計(VSM)測量了合金的磁化強度隨溫度變化曲線以及等溫磁化曲線。確定兩種合金的居里溫度(Tc)分別為3

4、05和310K，經(jīng)計算兩種合金在1.5T磁場下的最大磁熵變(△Smax)均為-0.6J/kg·K。利用絕熱溫變測量儀測量合金的居里溫度與上述結(jié)果相一致，而兩種合金在1.5T磁場下對應(yīng)的最大絕熱溫變(△Tad)分別是0.5K和0.6K。隨后研究了(Sm0.2Er0.2Pr0.5Ce0.1)12.2Fe87.8、(Sm0.3Er0.1Pr0.5Ce0.1)12.2Fe87.8和(Sm0.3Pr0.5Ce0.2)12.2Fe87.8的三種合金

5、。XRD結(jié)果顯示合金為具有良好單相性的Th2Ni17結(jié)構(gòu)。VSM結(jié)果顯示三種合金的居里溫度(Tc)分別為305K，315K，325K，經(jīng)計算合金(Sm0.2Er0.2Pr0.5Ce0.1)12.2Fe87.8、(Sm0.3Er0.1Pr0.5Ce0.1)12.2在1.5T磁場下的△Smax分別為-3.5J/kg·K和-1.0J/kg·K。絕熱溫變測量發(fā)現(xiàn)在315K(測試設(shè)備溫度上限)，三種合金在1.5T磁場下的△Tad分別達到1.2、1