[發明專利]公斤級La(Fe, Si)13基磁制冷材料及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201210236801.9
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN103540835A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 張虎;沈保根;鈕萼;邵曉萍;吳劍峰;沈俊;龍毅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C33/04
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

技術領域

本發明涉及一種磁制冷材料，特別是涉及一種具有大磁熱效應的公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料及其制備方法和用途。

背景技術

當今世界，制冷及低溫技術起著十分重要的作用，關系到國計民生的眾多重要領域，如低溫工程、石油化工、高能物理、電力工業、精密儀器、超導電技術、航空航天、醫療器械等，制冷業耗能占社會總耗能的15%以上。目前廣泛采用的制冷技術是傳統的氣體壓縮與膨脹制冷技術，這種技術制冷時其卡諾循環的熱效率僅為5～10%，可見，這種傳統制冷技術效率較低。此外，傳統制冷技術中的制冷工質氟利昂會破壞大氣臭氧層，目前已被國際社會限制和禁止使用。因此尋找綠色環保且高效節能的新型制冷技術已成為世界范圍內亟待解決的問題。

與傳統氣體壓縮制冷技術相比，磁制冷采用磁性材料作為制冷工質，具有對環境無破壞作用、噪音小、壽命長、可靠性好和效率高（可達30~60%）等顯著優點，被譽為高新綠色制冷技術。而作為磁制冷技術的核心部分，高性能磁制冷材料的成功研發是磁制冷技術實用化以致商業化的關鍵。1997年，美國Ames實驗室的Pecharsky和Gschneidner報道了Gd₅(Si_xGe_1-x)₄在室溫附近表現出巨磁熱效應，標志著室溫磁制冷材料探索的首次突破，同時，也掀起了磁制冷材料，尤其是室溫附近的磁制冷材料的探索和機理研究的熱潮。迄今為止，世界各國已研究并發現了許多室溫附近具有巨磁熱效應的磁制冷材料，如Gd₅(Si_xGe_1-x)₄、LaCaMnO₃、Ni-Mn-Ga、La(Fe,M)₁₃（M=Si、Al）基化合物、MnAs基化合物等。

目前，La(Fe,Si)₁₃基化合物是被國際上廣泛接受、最具有應用前景的室溫區磁制冷材料。該磁制冷材料具有原料價格低廉、相變溫度和相變性質可調、且室溫附近磁熵變和絕熱溫變大等優點。2006年，美國國家航天技術中心（Astronautics?Technology?Center,Astronautics?Corporation?ofAmerica）首次將La(Fe,Si)₁₃基材料用于磁制冷樣機中，初步結果顯示其制冷能力優于傳統磁制冷工質Gd。近幾年，世界其他多個國家的研究機構也紛紛開展了La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料應用于磁制冷樣機的試驗。然而，要真正實現La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料在磁制冷機乃至磁制冷冰箱上的實用化，仍然有許多關鍵問題需要解決，包括：La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料一級相變出現的熱滯和磁滯后問題，公斤級材料的制備方法和均勻性問題，如何提高材料的機械性能，以及公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料的吸氫工藝和氫化物的穩定性等問題。

由此可見，制備公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料，探索其最優的制備工藝和方法，對促進該磁制冷材料在磁制冷技術中的實際應用具有十分重要的意義。

發明內容

因此，本發明的一個目的在于，提供一種公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料。本發明的另一個目的在于，提供所述用于磁制冷的公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料的制備方法。本發明的再一個目的在于，提供一種包括所述公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料的磁性制冷機。本發明的又一個目的在于，提供所述公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料在制造制冷材料中的應用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一方面，本發明提供一種公斤級La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料，所述磁制冷材料具有NaZn₁₃型立方晶體結構，其化學通式為LaFe_13-aSi_aC_bH_c，其中，

a的范圍是：0.8≤a≤1.8；

b的范圍是：0≤b≤1.0；

c的范圍是：0<c≤2.0，