[發明專利]一種具有大熵變的MnCoGe基鐵磁馬氏體相變材料及制備方法和用途

有效

• 申請號: 201210369799.2
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103710605A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 包立夫;胡鳳霞;陳嶺;王晶;武榮榮;孫繼榮;沈保根;宮華揚
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所;湖北全陽磁性材料制造有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;F25B21/00
• 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

本發明涉及一種磁性功能材料，特別是指涉及一種具有大熵變的MnCoGe基鐵磁馬氏體相變材料MnCoGe_1-xAl_x及其制備方法和材料用途。

背景技術

磁制冷技術是一項綠色環保的制冷技術。與傳統氣體壓縮膨脹的制冷技術相比，磁制冷是采用磁性物質作為制冷工質，對臭氧層無破壞作用，無溫室效應。在制冷效率方面，磁制冷可以達到卡諾循環的30%~60%，而依靠氣體壓縮膨脹的制冷循環一般只能達到卡諾循環的5%~10%，因此，磁制冷技術具有良好的應用前景，被譽為高新綠色制冷技術。磁制冷技術，尤其是室溫磁制冷技術在家用冰箱和空調等產業方面具有極大的潛在應用市場，所以受到國內外研究機構和產業部門的關注。

通常，人們用磁熵變和絕熱溫度變化來描述磁制冷工質的磁熱性能。與絕熱溫度變化相比，磁熵變更加易于準確的測量，因而人們更習慣于采用磁熵變來表征磁制冷材料的磁熱效應。因此，尋找在室溫溫區具有大磁熵變的磁制冷材料成為國內外研究的重點。1997年，美國AMES實驗室發現Gd₅Si₂Ge₂合金具有巨磁熱效應，該材料的大磁熵變的來源為一級磁相變。與二級相變相比，發生一級相變的材料的磁熵變往往集中在較窄溫區，可獲得較高幅度磁熵變。隨后，國內外研究機構開始尋找在室溫附近具有大熵變的材料，例如：MnAs基化合物、NiMn基哈斯勒合金、La(Fe,Si)₁₃基化合物、MnFeP基化合物等室溫磁制冷材料相繼被人們發現。

馬氏體相變是固態相變中一種非常重要的非擴散型晶體結構相變，為一級相變。相變時，高溫母相格點在原子尺度內發生無擴散位移型切變，因此又被稱為位移型相變。相變前后兩相化學成分保持不變。為了便于描述，馬氏體相變中，通常人們稱高溫母相為奧氏體，低溫產物為馬氏體。這樣，由奧氏體向馬氏體轉變的過程稱為馬氏體相變，反之，稱為馬氏體逆相變。在眾多馬氏體相變材料中，最具代表性的是NiMn基哈斯勒型鐵磁馬氏體材料，其物性豐富，表現為磁場誘發應變，磁場驅動形狀記憶效應，大磁電阻，大磁熵變，交換偏置等等。

與哈斯勒型合金的馬氏體相變類似，MnCoGe合金也呈現無擴散的馬氏體相變特性。當合金從高溫冷卻的過程中，晶格結構從高溫的六角結構奧氏體母相轉變成低溫的正交結構的馬氏體低溫相。對于正分的樣品，馬氏體結構相變溫度為650K，該溫度隨著組分的不同而變化。高溫六角奧氏體相和低溫正交馬氏體相都具有鐵磁特性，其分子飽和磁矩和居里溫度分別是，2.76μB和275K，4.13μB和345K，二者的磁相變均呈現二級相變的特性。正分MnCoGe化合物的馬氏體結構相變溫度（650K）遠高于室溫，我們研究表明：當用原子半徑大的Al原子替代Ge原子時，馬氏體相變溫度向低溫移動，并與磁相變耦合，從而出現大磁熵變。通過調節Al含量調節相變溫度可在室溫附近寬溫區（尤其是高溫段溫區320K~360K）獲得大磁熱效應。

發明內容

因此，本發明的一個目的在于提供一種具有大熵變的MnCoGe基MnCoGe_1-xAl_x鐵磁馬氏體相變材料。

本發明的另一個目的在于提供制備上述馬氏體相變材料的方法。

本發明的再一個目的在于提供包括MnCoGe基MnCoGe_1-xAl_x鐵磁馬氏體相變材料的磁性制冷機。

本發明的又一個目的在于提供MnCoGe基MnCoGe_1-xAl_x鐵磁馬氏體相變材料在制造制冷材料中的應用。

針對上述目的，本發明提供如下的技術方案：

一方面，本發明提供一種具有大熵變的MnCoGe基鐵磁馬氏體相變材料，其化學通式為：MnCoGe_1-xAl_x，其中，0＜x≤0.04。