[發明專利]復合磁制冷材料及其制備方法、磁制冷設備

有效

• 申請號: 201910219579.3
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109763049B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 沈保根;趙同云;王利晨
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00;C22C38/04;C22C38/02;B22F1/00
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所 11497
• 代理人: 黃小臨;馮玉清

本申請涉及復合磁制冷材料及其制備方法、磁制冷設備。根據一實施例，一種復合磁制冷材料可包括：磁制冷材料的顆粒；以及液態金屬材料基質，其中，所述磁制冷材料的顆粒分散于所述液態金屬材料基質中，所述液態金屬材料基質用作粘接劑以將所述磁制冷材料的顆粒彼此粘結。所述復合磁制冷材料具有優異的韌性和導熱性，能被形成為任意期望的形狀以用于各種磁制冷設備中。

技術領域

本申請總體上涉及磁制冷領域，更具體地，涉及一種復合磁制冷材料及其制備方法，所述復合磁制冷材料具有優異的韌性和導熱性，能被形成為任意期望的形狀。本發明還涉及包括所述復合磁制冷材料的磁制冷設備。

背景技術

傳統制冷技術是基于制冷工質在壓縮和膨脹過程中的放熱和吸熱來實現制冷，這種技術制冷的卡諾循環熱效率僅為大約5～10％，效率較低。而且，傳統制冷技術中常用的制冷工質例如氟利昂會破壞大氣臭氧層，對自然環境造成不可逆的傷害，目前已被國際社會限制和禁止使用。因此，尋找綠色環保且高效節能的新型制冷技術已成為世界范圍內亟待解決的問題。

磁制冷技術就是未來制冷技術的有力候選者，其采用磁性材料作為制冷工質，具有對環境無害、噪音小、壽命長、可靠性好和效率高(可達30～60％)等顯著優點，被譽為高新綠色制冷技術，在低溫工程、石油化工、高能物理、電力工業、精密儀器、超導電技術、航空航天、醫療器械等眾多領域有著巨大的應用潛力。

作為磁制冷技術的核心部分，高性能磁制冷材料的成功研發是磁制冷技術實用化以致商業化的關鍵。1997年，美國Ames實驗室的Pecharsky和Gschneidner報道了Gd₅(Si_xGe_1-x)₄在室溫附近表現出巨磁熱效應，標志著室溫磁制冷材料探索的首次突破，同時，也掀起了磁制冷材料，尤其是室溫附近的磁制冷材料的探索和機理研究的熱潮。迄今為止，世界各國已研究并發現了許多室溫附近具有巨磁熱效應的磁制冷材料，如Gd₅(Si_xGe_1-x)₄、LaCaMnO₃、Ni-Mn-Ga、La(Fe，M)₁₃(M＝Si、A1)基化合物、MnAs基化合物等。目前，La(Fe，Si)₁₃基化合物是被國際上廣泛接受、最具有應用前景的室溫區磁制冷材料。該磁制冷材料具有原料價格低廉、相變溫度和相變性質可調、且室溫附近磁熵變和絕熱溫變大等優點。2006年，美國國家航天技術中心首次將La(Fe，Si)₁₃基材料用于磁制冷樣機中，初步結果顯示其制冷能力優于傳統磁制冷工質Gd。2014年，中國科學院物理研究所成功制備了公斤級La(Fe，Si)₁₃基磁制冷材料，為其實際應用奠定了堅實的基礎。

發明內容

然而，本發明人在實驗中發現，以La(Fe，Si)₁₃基磁制冷材料為代表的諸多磁制冷材料一般都具有一個明顯的缺點，即柔韌性差，易碎，因此不易將其加工成期望的形狀，尤其是常用的板狀形狀，或者其在使用過程中容易破碎，導致其使用壽命較短，維護成本較高。

一種嘗試是用常用的有機粘接劑將磁制冷材料的粉末或顆粒粘結到一起，形成具有期望形狀的塊體。然而，這種方法也存在許多尚未克服的問題。有機粘接劑的韌性差，熱導率低，而且熱膨脹系數與磁制冷材料差異較大，因此并不能良好地適用于磁制冷應用中。

針對本領域的上述和其他問題，提出了本發明。

根據一實施例，提供一種復合磁制冷材料，包括：磁制冷材料的顆粒；以及液態金屬材料基質，其中，所述磁制冷材料的顆粒分散于所述液態金屬材料基質中，所述液態金屬材料基質用作粘接劑以將所述磁制冷材料的顆粒彼此粘結。

在一些示例中，所述磁制冷材料包括La(Fe，Si)₁₃基磁制冷材料。