[發(fā)明專利]一種單相銠基合金磁制冷材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111778425B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜玉松;王永吉;李林;武小飛;成鋼;王江;趙景泰;饒光輝
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: C22C5/04
• 分類號: C22C5/04;C22C1/02;C22F1/14;H01F1/053;H01F41/02
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本發(fā)明公開了一種單相銠基合金磁制冷材料，化合物通式為R₃Rh₂，其中R為稀土元素Ho或Er元素中的任意一種，其成分為單相；所述單相為Y₃Rh₂型的晶體結(jié)構(gòu)。其制備方法包括以下步驟：1）銠基合金磁制冷合金錠的熔煉；2）銠基磁制冷材料的退火處理。作為磁制冷材料的應(yīng)用，為二級相變材料，不存在熱滯；磁熵變值在0?5 T磁場下的范圍為14?20 J kg^?1K^?1，制冷量為達380?390 J/kg。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：單相性好；是單一的二級相變材料，且磁轉(zhuǎn)變溫度附近只發(fā)生磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，不存在熱滯；是非常理想的低溫區(qū)磁制冷材料；并且工藝簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁制冷領(lǐng)域中的合金磁制冷材料，具體涉及一種單相銠基合金磁制冷材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，全球能源需求，環(huán)境污染和全球變暖是緊迫的問題，不可避免的要開發(fā)創(chuàng)新的綠色技術(shù)，特別是在制冷領(lǐng)域。目前普遍采用的是氣體壓縮制冷技術(shù)實現(xiàn)制冷，磁制冷與其相比具有綠色、節(jié)能、易于小型化等優(yōu)點，可減少30％-40％的電力消耗的傳統(tǒng)冰箱，是一種理想的節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)。磁制冷是指以磁性材料為制冷工質(zhì)，在磁場增強或減弱時產(chǎn)生放熱或吸熱的物理現(xiàn)象，以期達到制冷的目的。在過去的幾十年里，磁制冷技術(shù)的進步已經(jīng)得到見證，今天，它已經(jīng)達到了商品化的程度。鑒于此，尋找新型磁性材料、研究磁熱效應(yīng)成為世界各國材料研究領(lǐng)域的熱點課題。近年來,國家對液氦、液氫、液氮、液氧的需求越來越大。液氦和液氮作為重要的制冷劑,在物性測量、超導(dǎo)應(yīng)用、低溫物理、醫(yī)療衛(wèi)生等方面具有廣泛的應(yīng)用,它們的重要溫度點分別為4.2K和77K。另外,低溫和極低溫環(huán)境的獲得也是當(dāng)今科學(xué)研究實現(xiàn)高精尖發(fā)展的必備條件,這些極端環(huán)境科研平臺的搭建也可以通過磁制冷技術(shù)來實現(xiàn)。實現(xiàn)磁制冷的關(guān)鍵是要獲得性能優(yōu)異的磁制冷材料，衡量磁制冷材料磁熱效應(yīng)的參數(shù)主要包括磁熵變(ΔS_M)和磁制冷能力(RC)。

目前為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了眾多低溫磁制冷材料，如稀土多晶材料Nd、Er和Tm以及稀土金屬間化合物(GdCoAl、ErNiAl、DyNi₂、GdPd₂Si)等。

例如現(xiàn)有技術(shù)文獻1(J.D.Zou,B.G.Shen,J.R.Sun.Magnetocaloric e□ect inErCo₂compound[J].Chinese Physics,2007,16(07):1817-1821.)報道了磁制冷材料ErCo₂，該材料磁熵變達到38J kg-¹K-¹；

另有現(xiàn)有技術(shù)文獻2(Niraj K.Singh,Pramod Kumar,Z.Mao,Durga Paudyal,VNeu,K.G.Suresh,V.K.Pecharsky,K.A.Gschneidner Jr..Magnetic,magnetocaloric andmagnetoresistance properties of Nd₇Pd₃[J].Journal of Physics:Condensed Matter,2009,21:456004.)報道了磁制冷材料Nd₇Pd₃，該材料磁熵變達到18J kg^-1K^-1。

但是，現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)問題：ErCo₂和Nd₇Pd₃均是一級磁性相變的磁制冷材料，即在獲得較大的磁熱效應(yīng)的同時，不可避免的伴隨著磁滯和熱滯的產(chǎn)生。巨大的熱滯損耗表明在制冷循環(huán)中熱量的泄漏，嚴(yán)重限制了有效制冷量，從而導(dǎo)致制冷效率的下降。

二級相變磁制冷材料憑借著具有可逆磁熱效應(yīng)這一特點剛好可以解決上述問題。但是，二級相變磁制冷材料磁熵變值往往小于一級相變材料。