【摘 要】
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磁制冷技术是一种以磁性材料的磁热效应为基础的新型制冷技术。与传统的气体压缩制冷技术相比,磁制冷技术因其环保高效,稳定可靠等诸多优点引起了广泛的关注。探索和开发具有大的磁热效应的新型磁制冷材料是实现磁制冷技术的关键之一。Mn基合金价格低廉、易制备并且具有可观的磁热效应,是一种具有潜力的磁制冷材料。许多Mn基合金还具有高的磁晶各向异性,但是同时具备大的磁热效应和高磁晶各向异性的Mn基材料很少。因此本文
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磁制冷技术是一种以磁性材料的磁热效应为基础的新型制冷技术。与传统的气体压缩制冷技术相比,磁制冷技术因其环保高效,稳定可靠等诸多优点引起了广泛的关注。探索和开发具有大的磁热效应的新型磁制冷材料是实现磁制冷技术的关键之一。Mn基合金价格低廉、易制备并且具有可观的磁热效应,是一种具有潜力的磁制冷材料。许多Mn基合金还具有高的磁晶各向异性,但是同时具备大的磁热效应和高磁晶各向异性的Mn基材料很少。因此本文主要把Mn2Sb合金作为研究对象,通过取代、掺杂以及静压力等手段对合金的结构、磁性以及磁热效应进行了系统的研究,同时对相关材料的单轴磁晶各向异性与矫顽力进行了研究。主要工作及研究结果如下:(1)通过电弧熔炼制备了Mn2-xVxSb(x=0.05,0.1,0.15)合金并通过感应熔炼获得了Mn1.95V0.05SbLix(x=0.15,0.225)合金。所有的合金都为四方Cu2Sb类型的晶体结构,空间群为 P4/nmm。(2)通过Ⅴ的取代实现了反铁磁态到亚铁磁态的一级磁相变,并观察到了自旋重取向相变。增加Li元素的掺杂量和去除静压力引起了晶格膨胀,变磁相变温度降低并且热滞逐渐增加。适当的静压力为0.36kbar时,在5T磁场变化下Mn1.95V0.05Sb合金的最大磁熵变从6.9J/kg K提高到8.2J/kg K。临界场与温度曲线斜率的减小显示了弱的反铁磁耦合,四方 Mn1.95 V0.05Sb合金的变磁相变敏感地依赖于四个Mn11位点之间的原子间距离和Mn11位点周围的所得电子密度。(3)通过电弧熔炼制备了 Mn2Sb1-xSnx(x=0.1,0.2,0.3)合金,合金都为四方Cu2Sb类型的晶体结构,随着Sn取代量的增加相变温度提高了,晶格参数a降低c增加。Sn的取代实现了反铁磁到亚铁磁的一级磁相变并观察到了自旋重取向相变,当对其施加2.5kbar的静压力时,相变温度降低变磁相变变得缓慢。通过计算获得了 Mn2Sb1-xSnx(x=0.1,0.2,0.3)合金在磁场变化为7T下的最大磁熵变分别为4.4 J/kgK,4.8 J/kgK和2.8J/kgK。当对合金施加2.5kbar的静压力时,Mn2Sb0.9Sn0.1合金与Mn2Sb0.8Sn0.2合金的磁熵变分别提高到了 5.2J/kgK 和 5.5 J/kgK。(4)制备了 Mn2Sb1-xSnx(x=0.1,0.2,0.3)合金粉末和条带,自旋重取向相变前后易磁化方向由ab基面向c轴转变。晶格参数比c/a减小引起了磁晶各向异性场随着温度的增加而增大,矫顽力随着温度的升高异常的增加。
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