[發(fā)明專(zhuān)利]通過(guò)離子輻照獲得具有巨大磁熱效應(yīng)的材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880038726.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110870029A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬蒂諾·特拉西內(nèi)利;索菲·塞韋拉;多米尼克·韋爾內(nèi);馬西米拉諾·馬蘭戈洛;文森特·加西亞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)家科學(xué)研究中心;索邦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01F1/01
• 分類(lèi)號(hào): H01F1/01
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 王小衡;胡彬

本發(fā)明尤其涉及一種從具有磁相變的單件材料獲得具有磁熱效應(yīng)的產(chǎn)品的方法，所述方法包括用離子輻照所述材料的至少一部分，以適合的注量進(jìn)行所述輻照，使得輻照后所述材料在材料的不同部分具有不同的磁相變溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁熱產(chǎn)品領(lǐng)域。

特別地，本發(fā)明涉及一種用于獲得這種產(chǎn)品的方法。

背景技術(shù)

一些材料在置于磁場(chǎng)中時(shí)會(huì)發(fā)熱，而在從這種磁場(chǎng)中移出時(shí)會(huì)冷卻。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁熱效應(yīng)(MCE)。基于MCE的制冷，通常稱(chēng)為“磁性制冷”，最早是在低溫下在物理學(xué)上應(yīng)用于順磁性鹽。

這種制冷技術(shù)對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)性是一個(gè)主要問(wèn)題，因?yàn)樗菍?duì)環(huán)境無(wú)害的。因此，磁性制冷可以潛在地取代如今在日常應(yīng)用中普遍使用的氣體壓縮制冷。

磁性制冷可采用不同類(lèi)型的熱循環(huán)。圖1說(shuō)明了基于等溫變換的磁熱材料的Ericsson熱循環(huán)。當(dāng)系統(tǒng)在溫度T_H(冰箱所浸入環(huán)境的溫度)下與熱源進(jìn)行熱接觸時(shí)，此循環(huán)從弱磁場(chǎng)B1移至強(qiáng)磁場(chǎng)B2。然后熱量從磁熱材料傳遞到冰箱的散熱器，該散熱器將這些熱量散發(fā)到冰箱環(huán)境中。類(lèi)似地，當(dāng)通過(guò)與具有溫度T_L的冷源(例如，冰箱的內(nèi)部存儲(chǔ)腔)接觸而從強(qiáng)磁場(chǎng)B2移動(dòng)至較弱磁場(chǎng)B1時(shí)，熱量從冷源傳遞至材料。在大多數(shù)食品冰箱中，溫度T_H和T_L之間的差為幾十度。

系統(tǒng)的冷卻功率W可以根據(jù)材料沿該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的熱循環(huán)的磁熵變?chǔ)(B，T)來(lái)計(jì)算。該值W對(duì)應(yīng)于圖1所示的表面區(qū)域。換句話(huà)說(shuō)：

應(yīng)該注意的是，當(dāng)材料改變磁相時(shí)，磁熱材料的磁熵變?chǔ)最大。這種變化發(fā)生在特定于材料的精確溫度(稱(chēng)為磁相變溫度)附近。

為了有效地用于日常應(yīng)用，磁熱材料必須能夠在地球環(huán)境溫度附近的幾十度范圍內(nèi)改變其溫度。該材料的磁相變溫度應(yīng)在該范圍內(nèi)。

舉例來(lái)說(shuō)，釓是一種具有令人感興趣的特性的材料，其磁相變溫度為290開(kāi)氏度。

在釓中，磁熱效應(yīng)與溫度變化相關(guān)聯(lián)，該溫度變化是由釓的基本磁矩取向的有序或無(wú)序引起的。當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，原子的自旋與磁熵的減少對(duì)齊。如果材料是隔熱的，則由于總熵得以保留(S_tot＝S_magn+S_network-el＝常數(shù)，其中S_magn是磁熵，而S_network-el是與原子和電子的攪動(dòng)有關(guān)的熵)，因此材料會(huì)發(fā)熱。如果材料與其他物體進(jìn)行熱接觸(可以將熱量傳遞給其他物體)，則材料的總熵將降低。在接近轉(zhuǎn)變溫度(在這種情況下為鐵磁-順磁轉(zhuǎn)變)的溫度下，該熵變化更大。

釓是二階磁相變材料。二階轉(zhuǎn)變是相對(duì)于自由能的一個(gè)熱力學(xué)變量而言，一階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的，與不連續(xù)的二階導(dǎo)數(shù)不同。這尤其通過(guò)以下事實(shí)來(lái)說(shuō)明，即其磁化強(qiáng)度根據(jù)其溫度以相對(duì)較小的斜率減小。

結(jié)果，任何二階相變材料(例如釓)的冷卻功率都會(huì)受到這種磁化強(qiáng)度的溫和變化的固有限制。實(shí)際上，由施加的磁場(chǎng)的變化引起的材料的磁熵變與材料的磁化強(qiáng)度相對(duì)于其溫度的導(dǎo)數(shù)成比例。如圖2所示，對(duì)于相同的材料，釓磁化強(qiáng)度曲線的緩傾斜特性導(dǎo)致根據(jù)材料溫度的熵變曲線相對(duì)平坦。最終，在包括該材料的磁相變溫度的溫度區(qū)間[T_L，T_H]中，二階相變材料的熵變曲線將始終具有較低的峰高，從而限制了該曲線的積分值，并因此限制了材料的冷卻功率。