【摘 要】
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随着人们对全球变暖和能源危机的担忧日益增加,传统的合成制冷剂会对环境和能源会造成不利影响,制冷行业面临的主要挑战是减少能源消耗和有害气体排放。相比于传统的气体压缩制冷,磁制冷是一种新型的制冷技术,它采用固态磁性材料作为制冷工质,不会产生有害气体对环境无破坏作用,且具有噪音小、效率高、可靠性高等显著优点,因此也被誉为绿色制冷技术。旋转磁热效应是一种具有各向异性的磁热效应,这种磁热效应的产生只需材料在
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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随着人们对全球变暖和能源危机的担忧日益增加,传统的合成制冷剂会对环境和能源会造成不利影响,制冷行业面临的主要挑战是减少能源消耗和有害气体排放。相比于传统的气体压缩制冷,磁制冷是一种新型的制冷技术,它采用固态磁性材料作为制冷工质,不会产生有害气体对环境无破坏作用,且具有噪音小、效率高、可靠性高等显著优点,因此也被誉为绿色制冷技术。旋转磁热效应是一种具有各向异性的磁热效应,这种磁热效应的产生只需材料在恒定的磁场中旋转,而不是使用机械结构将材料移入和移出磁场,故可以提升系统效率。基于这种磁热效应的磁制冷装置兼具效率高、能耗更小、结构紧凑等特点,开发具有大的室温旋转磁热效应的材料具有重要意义。NdCo5合金具有Ca Cu5型六方晶体结构以P6/mmm的空间群结晶,有很强的磁晶各向异性,其单晶在室温附近表现出大的旋转磁热效应。本文基于NdCo5合金开发出一系列自旋重取向相变温度可调的和磁热性能优异的新型取向多晶旋转磁热材料。通过粉末粘接磁场取向的方法成功制备了沿着晶体学c轴方向高度取向的NdCo5基多晶材料,对解决NdCo5基合金单晶材料制备困难、制备成本高等问题起到一定帮助。首先研究了磁场取向的NdCo5-xSix（x=0.0,0.2,0.4）化合物的晶体结构,自旋重取向相变和旋转磁热效应。这类化合物均以空间群P6/mmm的Ca Cu5型结构结晶,Rietveld精修结果表明Si原子倾向于占据Co原子的2c位置。化合物均表现出两个自旋取向相变温度(TSR1和TSR2),当Si含量x达到0.4时,TSR1从260K增加到285 K,TSR2从285 K增加到317 K,在2 T磁场下旋转熵变值从3.23 J/kg K降低到2.60 J/kg K。接下来,在NdCo5-xFex（x=0.2-1.0）合金中系统研究了Fe元素掺杂对微结构,相组成和磁热性能的影响。当Fe含量小于0.6时,退火后的NdCo5-xFex合金主要由Nd（Co,Fe）5相组成,其中会分散着部分Nd2（Co,Fe）7杂相;当Fe含量大于0.8时,会显示出不同的微结构,在Nd（Co,Fe）5主相周围析出Nd2（Co,Fe）7,Nd（Co,Fe）3和Nd（Co,Fe）2相。随着Fe含量x从0.2增加到1.0,两个自旋取向转变温度分别从262 K提高到310 K和286 K提高到327 K。NdCo5-xFex（x=0.2-1.0）取向多晶合金在2 T的磁场中表现出良好的旋转磁热特性,磁熵变为2.25-3.66 J/kg K,制冷能力为188-233 J/kg。对于NdCo4.2Fe0.8合金,在2 T下的旋转绝热温变可以达到2.5 K。
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