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与传统的气体压缩与膨胀制冷技术相比,磁制冷技术具有高效节能、绿色环保和稳定可靠等优点,是目前国际上的研究热点。磁制冷技术应用的关键是获得高效的磁制冷材料。本文研究了NaZn13型和ZrNiAl型结构稀土.过渡族化合物及稀土基非晶合金的磁性和磁热效应,并讨论了二级相变材料的熵变问题,得到的主要结果有:
在PrzLalz(Fe1-yCoy)11.8Si12化合物中,发现适量Pr和Co的替代可获得室温附近具有大磁热效应的磁制冷材料,在0-5 T磁场变化下的最大熵变值为13.6-15.7J/kg K。Co的添加弱化了一级磁相变,使磁损耗几乎消失,十分有利于材料的应用。
在LaFe11.4A11.6-xSix化合物中,发现晶格参数随Si含量的增加而线性减小。随着Si含量的增加,样品由反铁磁态逐渐转变为铁磁态,在x=0.22时,出现了反铁磁相和铁磁团簇的共存。x=0.3和x=0.8的样品在0-5 T磁场变化下的最大熵变分别为7.8和14.0 J/kg K,x=0.3样品出现温跨~70 K的熵变平台,而x=0.8样品的磁滞损耗几乎为零。
在Pr0.2La0.8Fe11.4A11.6化合物中也观察到反铁磁相和铁磁团簇共存的现象。在反铁磁.铁磁相变温度附近磁化强度存在大的弛豫效应,表明相的亚稳性以及相转变时能量势垒存在一个分布。在磁化强度与磁场和磁化强度与时间曲线上均观察到多个台阶的跃变现象,发现与温度和磁场诱导的磁性相的形核和长大有关。
研究结果表明,二级相变材料在居里温度附近熵变对磁场的依赖关系都可用AS=-kMs(O)h2/3-S(0,0)描述,其中△S为熵变峰值,K为参数,Ms(0)为OK的自发磁化强度,h为约化磁场,S(0,0)为零磁场时居里温度附近的熵。而且二级相变材料的约化熵变.温度曲线都重叠在一起,并能用一洛仑兹函数拟合,表明只需知道熵变峰的位置和大小以及两个参考点的温度,即可推出完整的熵变曲线。
Gd基非晶薄带Gd7IFe3A126和Gd65Fe20Al15分别在~114 K和~180 K发生铁磁.顺磁二级相变,在0-5 T磁场变化下,样品的最大熵变值分别为7.4和5.8 J/kg K,制冷能力分别达750和726 J/kg,远大于迄今文献报道的同类材料的最大制冷能力值。
在RCuAI(R=Gd,Tb,Dy,Ho,Er)晶态薄带中观察到铁磁-顺磁二级相交,在居里温度附近0-5 T磁场变化下的最大熵变值分别为10.1,14.4,20.4,23.9和22.9J/kgK。在TbCuAl非晶薄带中还观察到自旋玻璃行为,RCuAl(R=Gd,Tb)非晶薄带在0-5 T磁场变化下的最大熵变值分别为5.6和4.5 J/kg K。