[發明專利]一種用于磁制冷的銩-鎳材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110669250.4
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113373362B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 鄭新奇;王守國;邵蘇杭;許家旺;楊淑嫻;奚磊;張靜言
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00;B22F3/02;C22F1/16;C22F1/02;C21D1/26;B22F9/04;C21D1/18;C23C10/28;H01F1/01;H01F41/02
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 楊云

本發明涉及一種用于磁制冷的銩?鎳材料及其制備方法，銩?鎳材料的化學式為：Tm_3+xNi_2+y，其中，?0.1≤x≤0.1，?0.1≤y≤0.1，具有菱方晶體結構，晶體結構的空間群為R?3，相變溫度在2?6K之間，在0?2T磁場變化下的磁熵變峰值在15?17J/(kg·K)之間。本發明采用的制備方法包括壓片、破碎、研磨等方式，清潔、環保，得到的銩?鎳材料可作為極低溫區、低磁場下磁制冷的用途。

技術領域

本發明屬于磁制冷領域，尤其涉及一種用于磁制冷的銩-鎳材料及其制備方法。

背景技術

現代社會越來越離不開制冷技術，從人們的日常生活，到工農業生產、醫療衛生、國防科技等都離不開制冷技術。目前普遍采用氣體壓縮制冷技術實現制冷，但傳統氣體壓縮制冷技術也存在能耗大、制冷過程中排放的有害氣體破壞大氣臭氧層或引起溫室效應等問題。因此，探索既節能又環保的新型制冷技術具有十分重要的意義。與氣體壓縮制冷技術相比，磁制冷技術具有高效節能、綠色環保、運行穩定等顯著優點，是一種理想的節能環保制冷技術。磁制冷是指以磁性材料為制冷工質的一種新型制冷技術，其基本原理是借助于磁性材料在磁場增強、減弱時產生的放熱、吸熱的物理效應，以磁制冷材料為載熱媒介，通過合適的工作循環，從而把熱量不斷地從一個空間轉移到另一個空間，以達到制冷的目的。

實現磁制冷的關鍵是要獲得性能優異的磁制冷材料，磁制冷材料最重要的參數是磁熵變(ΔS)，材料的ΔS越大，應用價值也就越高。磁制冷材料的磁熵變一般在相變溫度附近出現最大值，調控相變溫度可以得到在不同溫區使用的磁制冷材料。按工作溫區劃分，磁制冷材料可分為極低溫(10K以下)、低溫(10K～80K)、中溫(80K～250K)和高溫(250K以上)磁制冷材料。ZL201110190323.8公開了一種稀土- 鎳材料及其制備方法和用途，采用電弧熔煉或者感應熔煉的方法制備的Ho或Er與Ni的材料在0-5T磁場變化及10K以上的相變溫度下磁熵變出現最大值，達到最好的磁制冷效果。

然而，受國內外研究機構及產業部門的廣泛關注的氦氣液化需要極低溫區的磁制冷材料，更具體地說，4K溫度附近是液氦的重要溫區，研究開發該溫區的高性能磁制冷材料，對于氦氣液化有重要意義。當前的磁制冷材料的相變溫度普遍較高，不適合用做氦氣液化。

一般磁制冷材料的研究，所提及的0-5T磁場變化，通常被稱做高場變化，而諸如0-2T磁場變化可認為是低場變化。對磁制冷機而言，由于機器體積有限并且一般使用永磁材料提供磁場，根據常識得知，所提供的最大磁場通常不超過2T。

另外，采用電弧熔煉或者感應熔煉的制備方法需要1500-1700℃的高溫，所需設備復雜，能耗大，成本高，這也使該類材料的商業應用受到一定限制。

那么如何采用清潔、環保的方法制備出一種磁相變溫度4K附近的磁制冷材料，能在低磁場變化下實現高的磁熵變，滿足磁制冷材料的商業應用價值，是本領域亟待解決的技術難題。

發明內容

為了解決在極低溫區、低磁場變化下的磁制冷材料商業運用等問題。本發明提出一種用于磁制冷的銩-鎳材料：

所述銩-鎳材料的化學式為：Tm_3+xNi_2+y，其中，-0.1≤x≤0.1，-0.1 ≤y≤0.1，所述銩-鎳材料具有菱方晶體結構，所述菱方晶體結構的空間群為R-3，所述銩-鎳材料的相變溫度在2-6K之間，所述銩-鎳材料在 0-2T磁場變化下的磁熵變峰值在15-17J/(kg·K)之間。

進一步的，所述菱方晶體結構的晶格參數為

一種制備以上銩-鎳材料的方法，包括以下步驟：

步驟S1：按照所述銩-鎳材料分子式比例稱取粉末狀金屬Ni原料和過量的Tm原料混合；

其中，所述粉末狀金屬Ni原料和過量的Tm原料的顆粒度為10-100 μm；