[發明專利]一種碳基室溫磁制冷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410165585.2
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103938012B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 周貝;牛忠偉;沈俊;吳曼
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C09K5/14
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及一種磁制冷工質及其制備方法，更具體的涉及一種用于室溫磁制冷的高機械強度及熱傳輸能力的碳基室溫磁制冷復合材料及其制備方法。

背景技術

近年來，能源和環境問題受到人們越來越多的重視。現代社會依賴制冷技術來保存食物，提供一種涼爽舒適的生活空間或者工業制冷。據統計，所有制冷裝置消耗的能量占全球能源消耗的15％，提高制冷技術的能源利用率將顯著降低世界能源消耗。并且目前廣泛使用的是傳統的氣體壓縮/膨脹制冷技術，這種制冷技術所使用的制冷劑——氟利昂、氨等，會對臭氧層產生嚴重破壞，造成強的溫室效應。因此，探索一種新型的高效、環保的制冷技術對解決能源與環境問題有十分重要的意義。

近些年來，一種基于磁熱效應的磁制冷技術受到廣泛的研究，它被公認為是最有潛力替代傳統氣體壓縮/膨脹制冷的技術之一。磁制冷技術使用固態制冷劑，不使用有害氣體，對環境無傷害。它至今能實現的制冷效率已經達到卡諾循環效率的60％，而目前最高效的傳統氣體壓縮制冷只能達到卡諾循環效率45％。因此，磁制冷技術既環保又高效，具有廣闊的應用前景。

磁制冷技術的開發有三個重要的方向：尋找具有巨磁熱效應、低磁滯、低熱滯的材料；開發磁制冷材料成型工藝，制作適合于磁制冷機的各種復雜形狀的磁制冷工質；開發簡單、高效的磁制冷系統。目前所發現的室溫磁制冷材料主要有La(Fe,Si)₁₃、Gd-Ge-Si、Ni-Mn-In、LaCaMnO₃、MnAs等系列化合物，這些新型巨磁熱效應材料的共同特點是磁熵變遠高于傳統室溫磁制冷材料Gd。然而這些材料大多是金屬間化合物，脆性大，抗壓強度差，成型困難。即使是燒結成型的磁制冷工質，在制冷機中使用時，仍然容易破碎，產生的粉末會堵塞換熱流體循環通道，降低磁制冷效率和制冷機的使用壽命。此外，磁制冷材料在實際的應用中，需要制作成易于同載熱流體進行高效換熱的各種復雜的形狀，如薄片、微球、細線、蜂窩狀等形狀，而傳統的加工方法都難以實現復雜的形狀。因此，磁制冷材料的成型工藝仍然是一個世界難題，阻礙了磁制冷技術的應用。目前室溫磁制冷材料的加工成型方法和工藝主要包括旋轉電極霧化法、定點激光熱熔法、熱降解再組合法、粉末熱壓法，這些方法一方面使用昂貴的加工設備、高溫、高壓或者額外的化學試劑，另一方面可能產生其他非磁熱效應雜質，降低磁熱性能。并且這些方法沒有解決磁制冷材料在使用中的易碎問題。

中國專利申請CN103422014A公開了一種熱塑成型粘結磁制冷工質材料及其制備方法和用途，該材料包括磁熱效應合金顆粒和熱塑型膠粘劑，其制備方法為磁粉顆粒和熱塑型膠粘劑均勻混合，通過熱塑成型粘結成塊體材料，獲得了高強度韌性好的La(Fe,Si)₁₃基磁熱效應材料。然而熱塑型膠粘劑是絕熱材料，嚴重影響了其換熱效率。磁熵變幅度和有效制冷能力與粘結前相比大幅降低，為了維持大磁熵變，需要熱塑型膠粘劑的量越少越好，熱塑型膠粘劑量少將顯著降低復合材料的力學性能。并且高分子耐老化性差，其中包含的氧原子、氮原子長期存在可能對磁性材料的性能產生影響。因此，該磁制冷復合材料的傳熱性能、力學性能和耐候性都亟待改善。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種碳基室溫磁制冷復合材料，該材料可增加室溫磁制冷的制冷量，改善換熱效果，該材料具有高的環境穩定性、結構致密度和機械強度。

本發明要解決的第二個技術問題是提供一種制備上述材料的方法。

為解決上述第一個技術問題，本發明采用下述技術方案：

一種碳基室溫磁制冷復合材料，該材料由室溫磁制冷工質顆粒和高分子碳化物組成，所述室溫磁制冷工質與高分子碳化物的重量比為100:0.1-100，所述高分子碳化物填充在室溫磁制冷工質顆粒之間。

優選地，所述室溫磁制冷工質與高分子碳化物的重量比為100:1-50。

優選地，所述室溫磁制冷工質的粒徑大小為0.00001-1mm，更優地，所述粒徑大小為0.001-0.5mm。

優選地，所述室溫磁制冷工質選自金屬間化合物磁熱效應材料及其衍生物或氧化物磁熱效應材料及其衍生物；更優地，所述室溫磁制冷工質選自La(Fe,Si)₁₃基室溫磁熱效應材料。