[發明專利]一種晶體材料、其制備方法及應用該晶體的磁制冷材料

有效

• 申請號: 201410738420.X
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN105714378B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 湯瑩瑩;何長振
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B7/10;C01G11/00;C09K5/14
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 張瑩;龔敏

本申請公開了一種晶體材料，其特征在于，所述晶體的分子式為Gd₂Cu(SO₄)₂(OH)₄，屬單斜晶系，空間群P2₁/c，晶胞參數為α＝γ＝90°，β＝98.3～98.4°，Z＝2。所述晶體材料的磁熱效應遠大于DGG，具有很好的致冷性能。本申請還公開了所述晶體的制備方法。該制備方法簡單，適合大規模工業化生產，具有廣闊的市場前景。

技術領域

本申請涉及一種晶體材料及其制備方法，屬于磁制冷材料領域。

背景技術

磁致冷材料因高效節能，無環境污染等優點引起了科學家們廣泛的關注。磁致冷材料按照其應用的溫度范圍分為三大類：極低溫溫區(20K以下)、低溫溫區(20-77K)及高溫溫區(77K以上)。20K以下溫區的材料主要用于生產He流及氦液化前級制冷，20-77K溫區主要是液化氫的溫區，77K以上主要是室溫磁制冷。

1933年Giaugue等人以順磁鹽Gd₂(SO₄)₃·8H₂O為工質實現了1K以下的低溫，此后，低溫區的磁制冷尤其是對液氦、超氦的冷卻得到了蓬勃的發展。低溫區致冷材料的研究主要集中在Gd₃Ga₅O₁₂(簡寫為GGG)，Dy₃Al₅O₁₂(簡寫為DAG)等材料。其中，GGG材料的磁熱效應為145.0(2)mJ/cm^-3·K，ΔH＝2T；Dy₃Ga₅O₁₂(簡寫為DGG)材料的磁熱效應為121.2(2)mJ/cm^-3·K，ΔH＝7T。

由于各磁制冷材料均存在適用溫區范圍窄的缺點。隨著技術的發展及對磁制冷材料要求的提高，開發具有大范圍應用溫區且制冷效果優異的單晶體，成為目前研究的熱點。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供一種晶體材料，該晶體材料的磁熱效應遠大于DGG，具有很好的致冷性能，而且制備方法簡單，適合大規模工業化生產，具有廣闊的市場前景。

所述一種晶體材料，其特征在于，具有如下所示的分子式：

Gd₂Cu(SO₄)₂(OH)₄

所述晶體材料屬單斜晶系，空間群P2₁/c，晶胞參數為α＝γ＝90°，β＝98.3～98.4°，Z＝2。

優選地，所述的晶體材料為單晶材料。

所述晶體結構中，釓、銅、硫和氧的化合價分別為+3，+2，-6和-2。釓氧多面體與銅氧四邊形成了一個二維層狀結構，層與層之間被硫氧四面體隔開構成一個三維網絡結構，如圖1所示。

根據本申請的又一方面，提供了所述晶體材料的制備方法，其特征在于，將含有銅元素、釓元素、硫酸根、硼元素和水的混合物，在不低于200℃的溫度下晶化不少于3天，所得固體產物即為所述晶體材料；

所述混合物中銅元素、釓元素、硫元素、硼元素和水的摩爾比為：

Cu:Gd:S:B:H₂O＝3～6:2:3～6:1:700～1200。

優選地，混合物中所述硼元素來自硼酸。

優選地，混合物中所述銅元素和硫酸根來自硫酸銅。

優選地，混合物中所述釓元素來自氧化釓。

優選地，所述混合物中含有亞碲酸鹽中的至少一種。進一步優選地，所述亞碲酸鹽為亞碲酸鉀和/或亞碲酸鈉。