[發明專利]溫度梯度化磁熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910355109.X
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN109913816B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 郭振剛;李慧;王譽洪;王森
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: C23C14/18
• 分類號: C23C14/18;C23C14/35;C23C14/58;C22C30/00
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 楊歡

本發明屬于磁制冷領域，具體涉及一種溫度梯度化磁熱材料及其制備方法。包括Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金薄膜層以及Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金薄膜層；所述的Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金薄膜層的相變溫度為295?305K；所述的Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金薄膜層的相變溫度為301?310K；所述的Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金薄膜層與Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金薄膜層的厚度比為1:3?3:1。本發明通過對磁熱材料進行梯度化設計和制備，有利于拓展現有磁熱材料的工作溫區，提高材料的磁熱效應，并建立梯度磁熱材料的設計原則和調控機制，推動梯度磁熱材料向應用方面發展。

技術領域

本發明屬于磁制冷領域，具體涉及一種溫度梯度化磁熱材料及其制備方法。

背景技術

近年來，環境保護與能源的高效利用受到人們越來越多的重視。基于材料的磁熱效應發展而來的磁制冷技術是目前受到國內外廣泛關注的一項有重要應用前景的技術。與傳統的氣體壓縮制冷技術相比，磁制冷技術具有綠色環保、高效節能、穩定可靠等諸多優勢，被廣泛應用于生產和生活的各個領域。磁制冷材料主要包括具有低溫相變的二元稀土基金屬間化合物(RGa,RNi,RZn,RSi,R₃Co以及R₁₂Co₇)、稀土-過渡金屬-主族金屬三元化合物(RTSi,RTAl,RT₂Si₂,RCo₂B₂,RCo₃B₂)以及四元化合物RT₂B₂C等，其中R為稀土元素，T為過渡金屬元素。這些材料一般都具有二級相變，具有良好的熱、磁可逆性和導熱性，但材料的磁熱性能較小，且相變行為發生在低溫區，不利于磁制冷技術的廣泛應用。室溫區磁制冷材料主要包括Gd-Si-Ge，La-Fe-Si，MnAs基化合物，Mn基哈斯勒(Hus ler)合金，Mn基反鈣鈦礦合金，Mn-Co-Ge，Fe-Rh合金以及鈣鈦礦氧化物等系列。這些材料一般都具有一級相變，因多數在室溫附近具有大的磁熱效應而受到國內外學者的廣泛關注。然而，一級相變巨磁熱效應材料的共同特點是相變過程劇烈，相變跨越溫區很小，且具有強烈的磁晶耦合特性，多數表現出大的滯后損耗特性，大大降低了循環制冷效率。因此，探索擴大材料工作溫度區間的有效方法，找到降低滯后損耗的調控手段，并保持材料具有較大的磁熱效應，從而使此類材料獲得較大溫度范圍內的高的磁制冷效率是目前亟待解決的關鍵問題，該問題的解決對于進一步推動磁制冷技術的應用具有重要的現實意義。

目前，國內外對于錳基磁熱合金的設計、制備等已經有大量的研究工作，其中主要的技術手段有三種：改變合金的化學元素組成，利用過渡族元素代替和摻雜間隙原子。雖然這些工作在近室溫附近已經獲得了巨磁熱效應，但其中一級磁相變導致的工作溫度過窄和較大的熱滯仍沒有解決。例如，Ni_51.5Mn_22.5Ga_25.8合金相變所對應的磁制冷工作溫區在194-198K之間，Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金的工作溫區位于295-305K，Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金的工作溫區位于301-310K之間，且熱滯通常都在10K以上。可以看出，Mn基磁熱材料的最佳工作溫區普遍較窄，溫度跨度通常不超過10K，即使是普通的家用冰箱，其工作溫區也在30K之間，因此，現階段Mn基磁制冷材料根本無法滿足我們生產生活中對制冷效果的需求，而在實際應用中，復雜的使用環境更難以保證材料的高磁制冷性能和效率

發明內容

本發明的目的在于提供一種溫度梯度化磁熱材料及其制備方法。