一級(jí)相變磁熱效應(yīng)材料與熱磁發(fā)電研究.pdf

1、利用一級(jí)相變磁熱效應(yīng)材料把熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的熱磁發(fā)電是一種新型發(fā)電技術(shù)。本研究主要內(nèi)容及結(jié)果包括：
　　 ⑴用高能球磨機(jī)械合金化技術(shù)和固相燒結(jié)合成方法制備了Mn1.3Fe0.7PxSi1-x(x=0.45，0.46，0.50，0.55)系列化合物。通過調(diào)節(jié)P和Si的比率，研究了該系列化合物的相變性質(zhì)和磁熱效應(yīng)變化規(guī)律。磁性測(cè)量結(jié)果表明，隨著P含量的增加該系列化合物的TC降低，最大等溫磁熵變值分別為：9.3，8.0，6.4，11

2、.3（J/kgK）（0-1.5T）。隨著Si含量的增加，該系列化合物的熱滯ΔThys逐步降低，其值分別為：2，2，5，10K。熱滯的存在表明，該系列化合物相變屬一級(jí)相變。該系列化合物的巨磁熱效應(yīng)起因于一級(jí)相變。
　　 ⑵設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)熱磁發(fā)電演示儀。該熱磁發(fā)電演示儀主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①設(shè)計(jì)框架比較簡(jiǎn)單，主要設(shè)備是電磁鐵、感應(yīng)線圈和熱水器。用繞線機(jī)制出了砸數(shù)分別為1000，1500，2000和2710的螺線管式感應(yīng)線圈。②該發(fā)電機(jī)是

3、把熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的熱機(jī)，減少了中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)所以與現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)不同。③該熱磁發(fā)電機(jī)的最大特點(diǎn)是利用了一級(jí)相變巨磁熱效應(yīng)材料來產(chǎn)生電。一級(jí)相變材料(Mn，F(xiàn)e)2(P，Si)具有大范圍的可調(diào)居里溫度，所以該熱磁發(fā)電機(jī)可利用余熱來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
　　 ⑶研究了Mn1.2Fe0.7P0.4Si0.6化合物的熱磁發(fā)電性能。在做Mn1.3Fe0.7PxSi1-x系列化合物的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索制備出了居里溫度為337K的化合物Mn1.2

4、Fe0.7P0.4Si0.6。X射線衍射譜表明，該系列化合物形成Fe2P型六角晶體結(jié)構(gòu)，空間群為P-62m，并存在少量的Mn5Si3相。磁性測(cè)量結(jié)果表明，該系列化合物呈現(xiàn)從鐵磁狀態(tài)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)的一級(jí)相變，并伴隨巨大的磁化強(qiáng)度的變化。該系列化合物在0～1.5T磁場(chǎng)下，最大等溫磁熵變約為11.3J/kgK，相比二級(jí)相變材料金屬Gd的等溫磁熵變3倍。根據(jù)材料的這一特性，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了熱磁發(fā)電演示裝置，并成功演示了熱流引起材料的相變而產(chǎn)生的電流

5、。
　　 ⑷分別采用不同質(zhì)量的材料、不同砸數(shù)的線圈、不同磁場(chǎng)的三種方案測(cè)試了Mn1.2Fe0.7P0.4Si0.6化合物的熱磁發(fā)電性能。首先，將質(zhì)量分別為10g，20g，30g，40g和50g的化合物在磁場(chǎng)為533mT的條件下測(cè)試發(fā)電性能，結(jié)果表明隨著質(zhì)量的增加產(chǎn)生的電流也增加。第二，在砸數(shù)為1000，1500，2000和2710的螺旋式感應(yīng)線圈里放進(jìn)相同質(zhì)量(10g)的材料，測(cè)試其發(fā)電性能。測(cè)試表明隨著感應(yīng)線圈砸數(shù)的增加產(chǎn)生的

6、感應(yīng)電流也隨之增加。第三，相同質(zhì)量(50g)的材料，在磁場(chǎng)分別為465mT、497mT和535mT的條件下測(cè)試發(fā)電性能。測(cè)試表明隨著磁場(chǎng)的增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流稍有增加的趨勢(shì)，但不是很明顯。
　　 ⑸相等條件下比較了Mn1.2Fe0.8P0.4Si0.6化合物和Mn1.1Fe0.9P0.4Si0.6化合物的熱磁發(fā)電性能。Mn1.1Fe0.9P0.4Si0.6化合物的居里溫度為360K。X射線衍射譜表明，該系列化合物形成Fe2P型六角

7、晶體結(jié)構(gòu)，空間群為P-62m，并存在少量的Mn5Si3相。磁性測(cè)量結(jié)果表明，該系列化合物呈現(xiàn)從鐵磁狀態(tài)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)的一級(jí)相變并伴隨巨大的磁化強(qiáng)度的變化。該化合物在0～1.5T磁場(chǎng)下，最大等溫磁熵變約為9.8J/kgK。熱磁發(fā)電性能結(jié)果表明，本熱磁發(fā)電演示模型中Mn1.2Fe0.8P0.4Si0.6化合物的熱磁發(fā)電性能比Mn1.1Fe0.9P0.4Si0.6化合物的好。研究結(jié)果表明Mn1.2Fe0.8P0.4Si0.6化合物具有良好的熱磁