磁制冷設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀-wenkub.com
2025-06-24 16:51 本頁面
【正文】 目前室溫磁制冷的研究主要集中于實(shí)驗(yàn)研究，缺乏對(duì)循環(huán)理論的研究和對(duì)活性蓄冷器內(nèi)部流動(dòng)與傳熱的分析。 磁制冷技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化還需解決一系列難題，如較高的工作磁場、明顯的熱滯、較小的可調(diào)溫寬等，為了尋找價(jià)格低廉且具有較大的磁熱效應(yīng)的室溫磁制冷材料，可以從結(jié)構(gòu)相變引起的磁熵變化考慮，也可以從一級(jí)相變引起的巨磁熱效應(yīng)研究探索新型高性能廉價(jià)的新材料考慮，還可以從提高合金母相中鐵磁交換作用、增大奧氏體相與馬氏體相之間的磁性差異獲得較大的磁熵變考慮，以及增強(qiáng)磁場與晶格之間的耦合作用。而 MnFePSi系列化合物也同樣具有相當(dāng)可觀的巨磁熱效應(yīng)，雖然替換了有毒物質(zhì)，但熱滯問題仍然沒有解決，需要較大的工作磁場也是要克服的難題。因此這種Gd金屬的巨磁熱材料具有廣闊的發(fā)展空間，限制其發(fā)展的是合金對(duì)原材料Gd純度要求較高，對(duì)于目前的工業(yè)來說是一大挑戰(zhàn)。尤其是近些年環(huán)境污染和臭氧空洞問題越來越嚴(yán)峻，國家把環(huán)保和新能源開發(fā)作為可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，推動(dòng)了室溫磁制冷材料的快速發(fā)展。2005年Krenke 等報(bào)道了5T磁場下Ni50Mn37Sn13的磁熵變達(dá)到19J / (kg T磁場變化下, / ( kg 其中, / (kg Dagula等研究發(fā)現(xiàn),用Si置換As后,合金的磁熱效應(yīng)有較大的提高。K) 。 / (kg K) ,但居里溫度僅為267K。 類鈣鈦礦型錳氧化物類鈣鈦礦型錳氧化物RMnO3由于磁性與晶格之間強(qiáng)烈耦合而在居里點(diǎn)附近存在較大的磁熱效應(yīng)。Gd5(SixGe1 x)4系合金降溫至居里溫度處同時(shí)發(fā)生順磁鐵磁相變和單斜正交晶體結(jié)構(gòu)一級(jí)相變,即一級(jí)磁性相變,巨磁熱效應(yīng)正是源于該相變潛熱的貢獻(xiàn)。1997年, Pechar sky等發(fā)現(xiàn)了Gd5(Si x Ge1 x ) 4 ( x ≤0. 5)系合金,該系合金的熵變達(dá)到Gd的2倍以上,更重要的是材料的磁熵變居里溫度可以在30～290K之間連續(xù)調(diào)節(jié)。下面將分別予以闡述。研究表明，Mn基磁致冷材料不但具有大的磁熱效應(yīng)而且居里溫度處于室溫區(qū)或近室溫區(qū)，此外，Mn在自然界中儲(chǔ)量非常豐富，價(jià)格相對(duì)低廉。K)，是純Gd的2～6倍以上。性能優(yōu)異的室溫磁致冷材料應(yīng)具有大的磁熱效應(yīng)，相變溫度在室溫區(qū)，熱滯后和磁滯后小，易合成，低價(jià)格。磁致冷材料的磁矩在無外加磁場情況下處于無序狀態(tài)，磁熵較大；當(dāng)磁致冷材料絕熱磁化時(shí)，磁矩在磁場作用下與外磁場平行，磁有序度增加，磁熵值降低，向外界放出熱量(類似于氣體壓縮放熱的情形)；相反，當(dāng)磁致冷材料絕熱去磁時(shí)，材料的磁矩由于原子或離子的熱運(yùn)動(dòng)又回復(fù)到隨機(jī)排列的狀態(tài)，磁有序度降低，磁熵增加，材料從外界吸收熱量，使外界溫度降低(類似于氣體膨脹吸熱的情形)；不斷重復(fù)上面的循環(huán)，就可實(shí)現(xiàn)制冷目的。磁性工質(zhì)的熵為磁熵、晶格熵和電子熵的總和。1976年，美國NASA ，采用Stiring循環(huán)，在7T磁場下進(jìn)行了室溫磁制冷試驗(yàn)，開創(chuàng)了室溫磁制冷的新紀(jì)元，人們開始轉(zhuǎn)向?qū)ふ腋咝阅艿氖覝卮胖吕洳牧系难芯縖3]。1926年Debye，1927年Giuque兩位科學(xué)家分別從理論上推導(dǎo)出可以利用絕熱去磁制冷的結(jié)論后，極大地促進(jìn)了磁制冷的發(fā)展。目前
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