[發明專利]一種磁制冷材料ETMNO及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202111351310.4
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114182346B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 莫兆軍;沈俊;謝慧財;高新強;李振興;李珂
• 申請（專利權）人: 中國科學院江西稀土研究院
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B1/10;C09K5/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;顏希文

本發明公開了一種磁制冷材料ETMNO及其制備方法與應用，本發明屬于磁制冷技術領域，所述磁制冷材料ETMNO的化學通式為Eu₆₄(Ti_64?x?yM_xN_y)O₁₉₂；其中，M為Nb、Mo、Ag、Ta或W中的任意一種，N為Cr、Mn、Fe、Cu、Zn或Zr中的任意一種；其中，1≤x≤16，1≤y≤16；本發明技術方案提供的磁制冷材料ETMNO，其在0?1T和0?0.5T的磁場變化下的最大磁熵變分別可達21.6 J·kg^?1·K^?1和12.8 J·kg^?1·K^?1，磁制冷能力分別可達97.0 J·kg^?1和42.1 J·kg^?1，該磁制冷材料在液氦溫區具有優越的磁熱性能，能夠在液氦溫區制冷技術上應用，且本發明提供的磁制冷材料ETMNO的制備方法工藝簡單、安全環保，能夠在工業生產上應用。

技術領域

本發明屬于磁制冷技術領域，尤其涉及一種磁制冷材料ETMNO及其制備方法與應用。

背景技術

自20世紀以來，低溫制冷技術獲得了空前的發展與應用，并已成為現代科技發展的關鍵支撐技術之一。其中，液氦溫區制冷是實現極低溫制冷不可或缺的關鍵環節，在低溫物理、低溫超導、航空航天和軍事工業等領域發揮著重要作用。目前，獲得液氦溫度的主流方式是采用Gifford-McMahon(GM)制冷機，但其制冷效率僅約卡諾循環效率的1％。因此，如何有效地提高GM機的制冷效率是相關技術領域亟待解決的關鍵問題。

磁熱效應(MCE)是指磁性材料在外加磁場增大或減小的過程中表現出放熱或吸熱的物理現象，它為低溫制冷提供了一種獨特的方法；磁制冷是一種利用磁性材料的磁熱效應來實現制冷的新型制冷技術，與傳統的制冷技術相比，磁制冷技術具有以下優勢：(1)綠色環保：磁制冷采用的是固態制冷工質,避免使用氟利昂等有毒有害、易泄漏、易燃氣體，不會產生對臭氧層的破壞和溫室效應等問題；(2)節能高效：磁制冷產生磁熱效應的熱力學過程高度可逆，理論上其本征熱力學效率可以達到卡諾效率，實際效率可達到卡諾循環效率的60％～70％；(3)穩定可靠：磁制冷無需氣體壓縮機,振動與噪聲小，壽命長，可靠性高；采用液氦溫區磁制冷技術與GM制冷技術復合，能夠在滿足環保要求的同時有效地提高GM機的制冷效率；而高性能磁熱效應材料是實現磁制冷技術應用的關鍵，是磁制冷領域研究的重點和焦點。

在磁制冷技術的實際應用中，低的應用磁場可以通過永磁體實現，從而大幅度降低磁場的設計難度和制作成本，因而在低磁場下(≤1T)具有大磁熱效應(≥10J·kg^-1·K^-1)的材料具有更大的實用價值。近年來，低磁場大磁熱效應材料已經成為磁制冷材料領域的研究熱點和發展趨勢；許多稀土基合金材料，如ErMn₂Si₂、ErNiBC、TmCuAl和TmCoSi等，被發現在液氦溫區具有大磁熱效應；然而，稀土基合金材料通常具有如下特點：①成本較高；②它們大都采用電弧熔煉法制備，需要高真空，對設備要求較高；③產品易氧化，儲存難度大；④通常需要經過多次反復熔煉和長時間退火才能得到純相，能耗較大；從而使其大規模應用受到較大的限制；Gd(OH)₃、Gd(OH)CO₃和Gd(HCOO)₃單晶在液氦溫度附近具有很強的磁熱效應，在0-1T磁場變化下的最大磁熵變分別為9.0J·kg^-1·K^-1、12.6J·kg^-1·K^-1和12.4J·kg^-1·K^-1，但是單晶的制備工藝復雜、周期長、難以大規模制備，使其實際應用受到限制。