[發明專利]一種近室溫磁制冷錳鍺基制冷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011183058.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112226659B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 劉永生;錢玥彤;武孟;陳煒;于文英;武新芳;孫萬榮;林佳;羅曉婧
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: C22C22/00
• 分類號: C22C22/00;C22C1/02;C22F1/02;C22F1/16;C21D1/26;H01F1/01
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種近室溫磁制冷錳鍺基制冷材料及其制備方法，具體制備過程為：(1)按照Mn₅Ge_3?xTi_x(其中，x為0.5?1)的計量比稱取錳粉、鍺粉和鈦粉，在惰性氣體保護下，加熱熔融混合，得到均質化樣品；(2)取出均質化樣品冷卻，再退火處理，即得到目的產物。與現有技術相比，本發明制備的錳鍺基制冷材料具有極小的磁滯損耗，較大的磁熱效應和可調溫寬，同時相變性質為二級，在近室溫(265K～290K)連續可調，符合近室溫磁制冷技術的需求。

技術領域

本發明屬于合金磁熱材料技術領域，涉及一種近室溫磁制冷錳鍺基制冷材料及其制備方法。

背景技術

目前，隨著保護壞境的觀念深入人心的同時，傳統能源的大量消耗，發展磁制冷等新能源已迫在眉睫。相對于傳統的氣體壓縮制冷等來說，磁制冷具有效率高、噪音低、占地面積小且在使用過程中不會產生任何污染等優點。磁制冷技術就是通過磁性材料本身的磁熱效應來實現制冷，這將必然會成為人類解決能源和環境問題的重要途徑。但是，就目前的技術發展來看，磁制冷的技術與其它制冷方式相比還不太成熟，特別是近室溫磁制冷的研究才剛起步沒多久，其居里溫度與室溫偏差較大，且熱滯和磁滯較大，磁熱效應較小等都是制約磁制冷發展的關鍵。因此，如何使磁制冷材料的居里溫度調控至室溫附近，減小材料的熱滯和磁滯，以及在室溫附近獲得較大的磁熱效應是長期以來人們一直致力解決的問題，而室溫磁制冷發展的一個重要因素就是居里溫度過高或過低，相變附近熱滯磁滯較大，室溫附近磁熱效應較小，即在室溫附近獲得較大的磁熱效應。我們知道，Mn₅Ge₃合金因其顯著的磁特性和磁熱性能被視為是一種理想的制冷材料之一，合金會在300K左右的室溫條件下發生順磁鐵磁轉變，其獨特的特點在于是屬于二級相變，沒有熱滯，和磁滯影響其制冷效率。在這種材料的基礎上，磁熵變的大小和溫區是值得去研究和改善的。因此，對于如何拓寬Mn₅Ge₃合金的居里溫度至室溫附近同時又提高其磁性減小其磁滯損耗來拓寬在近室溫附近較大磁熱效應進行研究是室溫磁制冷材料設計、制備中的關鍵。

目前，國內、外對Mn₅Ge₃合金從設計思想、制備工藝和研究手段等已經做了大量的詳細研究工作，其主要技術手段有三種：摻雜間隙原子，改變化合物的化學組成，利用過渡族原子替代。特別是對Mn₅Ge₃合金原子的替代在制備中已經取得了良好的磁熱效應。但由于制備方法和原料純度等限制，使得目前Mn₅Ge₃在室溫附近的磁熱效應仍不太理想。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種近室溫磁制冷錳鍺基制冷材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一方面，本發明提出了一種近室溫磁制冷錳鍺基制冷材料，其化學分子式為Mn₅Ge_3-xTi_x，其中，x的取值范圍為0.5～1。當所述Ti的摻雜含量為0.5～1時，居里溫度由290K降低至260K，在7T的磁場變化下，最大磁熵變為:4.1J·Kg^-1K^-1,和4.3J·Kg^-1K^-1。

另一方面，本發明提出了一種近室溫磁制冷錳鍺基制冷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照摩爾原子百分比稱取錳粉、鍺粉和鈦粉，在惰性氣體保護下，加熱熔融使其三種元素充分均勻混合，得到目的均質化樣品；

(2)取出均質化樣品冷卻，再退火處理，即得到目的產物。

進一步的，步驟(1)中，錳粉、鍺粉和鈦粉的純度均≥99.9％。

進一步的，步驟(1)中，惰性氣體的氣壓為10Pa。