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[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

專利信息
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
地址: 350002 福建*** 國省代碼: 福建;35
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摘要:
搜索關鍵詞: 晶體材料 晶體的 制備 大規模工業化生產 磁制冷材料 磁熱效應 單斜晶系 晶胞參數 空間群 致冷 申請 應用
【說明書】:

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。

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