gdzn,ndcefe系室溫磁制冷的磁熱效應的研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 08:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 )Ni2 J/(molRK)(Gd0. 20Er0. 80)NiAl115 J/(kgK)ErAl2 J/(molRK)(Dy0. 1Er0. 9)Al2 J/(molRK)DyNi220 J/(molRK) 高溫磁制冷材料77K以上溫區(qū)，特別是室溫溫區(qū)，因傳統(tǒng)氣體壓縮制冷的局限(環(huán)保問題、高能耗問題)日益凸顯，而磁制冷技術恰好能夠克服這兩個缺陷，因此受到極大的關注。自1976年Brown首次在實驗室實現(xiàn)室溫磁制冷以后，許多研究者在室溫磁制冷材料及磁制冷技術(樣機)方面作了不懈的努力，取得了許多有益的研究成果。表2 20K~77K以下溫區(qū)磁制冷材料磁 工 質(zhì)居里溫度Tc/K外加磁場變化/TTc附近磁熵變Tc附近絕熱溫變/K( )NiAl215(kgK)( )NiAl23514 J/(kgK)(Gd0. 25Er0. 75) Al2(molRK)11(. 50)NiAl255 J/(kgK)(. 46)NiAl285 J/(kgK)DyAlNi285 J/(kgK)(Gd0. 10Dy0. 90)Ni228 J/(molRK)(. 40)NiAl295 J/(kgK)(Dy0. 60Er0. 40) Al2 J/(molRK)(Gd0. 30Er0. 70NiAl325 J/(kgK)TbNi237 J/(molRK)GdPb38 J/(molRK)(Dy0. 50Er0. 50) Al2 J/(molRK)(Dy0. 55Er0. 45) Al2 J/(molRK)(Dy0. 70Er0. 30) Al2 J/(molRK)(Dy0. 85Er0. 15) Al2 J/(molRK)DyAl2632(5)(7) 在近室溫區(qū)間，因溫度高，晶格熵增大，順磁工質(zhì)已不適宜了，需要用鐵磁工質(zhì)。稀土元素，特別是中重稀土元素的4f電子層有較多的未成對電子，使原子自旋磁矩較大，可能具有較大的磁熱效應。因此在該溫區(qū)，仍然以稀土金屬及其化合物為主要研究對象。其中稀土金屬Gd是其中的典型代表，其4ｆ層有7個未成對電子，居里溫度(293K)恰好在室溫區(qū)間，且具有較大的磁熱效應。人們主要對金屬Gd及其化合物做了大量深入的研究，表3[17]對它們的磁熱效應進行了歸納。從表 3可見：與金屬Gd相比，其它近室溫磁制冷材料在相同外場變化下 ,在居里點處的磁熱效應(等溫磁熵變或絕熱溫變)，基本上都小于Gd。表3 77K以上溫區(qū)磁制冷材料磁 工 質(zhì)居里溫度Tc/K外加磁場變化/TTc附近磁熵變Tc附近絕熱溫變/KGd0. 7Tb0. 32526Gd0. 73Dy0. 272655 J/kgKGd0. 60Tb0. 4027068GdEr275Gd1xCdx2791Gd3Al2279113kJ/m3KGd1xTbx2801GdDy280GdTb2831(塊狀)Gd80Tb202841 kJ/m3KGd1xZnx285691 kJ/m3KGd1xHox2866~10Gd1xMnx2871Gd1xAlx2891Mn2. 9AlC1. 129016 kJ/m3KGd2931 kJ/m3K3MnAs313Gd3Fe3. 35Al1. 65O33232 J/kgKGdFe0. 40Cr0. 60O33332 J/kgKGd5Si4355113 kJ/m3K 磁制冷材料的最新研究進展目前，磁制冷材料的研究主要集中于近室溫附近。1997年，美國依阿華大學Ames實驗室的Gschneidner和Pecharsky因發(fā)現(xiàn)具有巨磁熱效應(Giant Magneto caloric Effect，GMCE)的GdSiGe系合金而獲得美國能源部材料科學大獎。該系合金居里點可以在30K~280K之間通過Si∶Ge比來調(diào)整(Ge越多，Tc越低)，且表 4 近室溫區(qū)的磁制冷材料最新進展磁 工 質(zhì)居里溫度Tc/K外加磁場變化/TTc附近磁熵變[J/kgK]Gd2935()()Gd5Ge438526Gd5(SixGe1x)4 x=75560Gd5(SixGe1x)4 x=150568Gd5(SixGe1x)4 x=247539Gd5(SixGe1x)4 x=2765Gd5(Si1. 985Ge1. )22865Gd5(SixGe1x)4 x=2915Gd5(SixGe1x)4 x=3035Gd5(SixGe1x)4 x=3245Gd5(SixGe1x)4 x=3395Fe0. 49Rh0. 51270~310510La0. 8Ca0. 2MnO3230La0. 802Ca0. 198Mn1. 0O2. 99230La0. 837Ca0. 098Na0. 038Mn0. 987O3255La0. 67Ca0. 33MnO3257La0. 822Ca0. 096K0. 043Mn0. 974O3265La0. 75Sr0. 15Ca0. 1MnO3275La0. 22Gd0. 45Ca0. 33MnO3325La0. 799Ca0. 199Mn1. 0O2. 97334該系合金的磁熵變至少為已發(fā)現(xiàn)的各溫區(qū)經(jīng)典磁制冷材料的2～10倍[8]。在該系列合金中，Gd5Si2Ge2在290K即室溫附近存在著巨磁熱效應，比金屬Gd的磁熱效應高1倍，因此成為室溫磁制冷工質(zhì)的首選材料。在對Gd5Si2Ge2材料合金化的研究中發(fā)現(xiàn)[10]，用少量3d金屬(如Fe，Co，Ni，Cu等)或p元素(如C，Al，Ga)替代該材料中的(Si+Ge)后，使材料居里溫度升高，但除Ga以外這些添加元素都使該材料的磁熱效應降低。而Ga的添加在使該材料居里溫度升高的同時并沒有對其磁熱性能產(chǎn)生負面影響，因此通過添加微量的Ga可以把Gd5(Si2Ge2)的居里點提高到286K而仍保持GMCE。另外，F(xiàn)e49Rh51[3 ,
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