哈斯勒合金Ni-Co-Mn-Sn的马氏体相变及其磁热效应研究

通过结构和磁性测量,研究了四元哈斯勒合金Ni_50-xCo_xMn₃₈Sn₁₂（x=1, 2, 4, 6, 8）的晶体结构和相变特征.结果表明,Co原子的掺杂不但没有影响三元哈斯勒合金Ni-Mn-Sn的原有结构,而且还增强了样品在奥氏体相的铁磁交换作用.此外,通过Maxwell方程计算了其中三种成分样品（x= 2, 4, 6）的磁熵变ΔS_{M关键词： 哈斯勒合金 Ni-Co-Mn-Sn 马氏体相变 磁热效应}     

水反常热膨胀特性的简易实验

通过改变带细玻璃管的烧瓶中水的温度导致水位变化来粗略演示水的收缩情况.为较准确测定水最大密度时的温度,将2个温度计放在水下较浅处和较深处,分别测量当温度经由4℃升高时和由4℃降低时两温度计的示数,进而验证水的反常热膨胀特性.     

磁热效应演示实验

简述了磁热效应的原理及磁致冷技术的发展现状.使用纳米磁流体为工作物质设计了室温磁热效应演示实验,通过灵敏电流计光标的偏转角度显示温度的变化.     

哈斯勒合金Ni50Mn35In15的马氏体相变及其磁热效应

利用电弧炉熔炼了Ni50Mn35In15多晶样品,根据磁性测量对其马氏体相变和磁热效应进行了系统研究.结果表明.随着温度的降低,样品在室温附近先后发生了二级磁相变与一级结构相变特征的马氏体相变,导致它的磁化强度产生突变.同时通过低温下的磁滞回线的测量发现样品存在交换偏置行为,表明低温下马氏体相中铁磁和反铁磁共存.此外,根据Maxwell方程,计算了样品在马氏体相变温度附近的磁熵变,当温度为309 K,磁场改变5 T时,样品的磁熵变可达22.3 J/kg K.     

一级磁结构相变材料Mn0.6Fe0.4NiSi0.5Ge0.5和Ni50Mn34Co2Sn14的磁热效应与磁场的线性相关性

磁熵变（△S_M）与磁场（μ₀H）的相关性已在很多二级相变材料中被研究并报道,但一级相变材料的磁热效应与磁场相关性还少有报道.本文在具有一级磁结构相变的Mn_0.6Fe_0.4NiSi_0.5Ge_0.5材料中研究发现△S_M与μ₀H存在线性相关性,并通过麦克斯韦关系式的数值分析详细讨论了这一线性相关性的来源.同时,进一步发现在低磁场时,△S_M近似正比于μ₀H的平方.该线性相关性同样在一级磁结构相变Ni₅₀Mn₃₄Co₂Sn₁₄材料中得到了印证.但由于一级磁弹相变LaFe_11.7Si_1.3材料相变温度具有更强的磁场依赖性,不具有△S_M的线性相关性,因此,本研究表明,当磁结构相变材料的相变温度具有弱磁场依赖性时,△S_M与μ₀H具有线性相关性.进而,在磁场未达到相变饱和磁场以下,利用△S_M与μ₀H的线性相关性可以有效推测更高磁场下的△S_M.     

磁热效应材料的研究进展

磁制冷技术的发展取决于具有大磁热效应磁制冷材料的研发进展.经过长期的工作积累,特别是近20年来的努力,许多新型磁制冷材料的探索和研究极大地促进了磁制冷技术的进步.本文介绍了磁热效应的基本原理和磁制冷研究的发展历史,系统综述了低温区和室温区具有大磁热效应的磁制冷材料的研究进展,重点介绍了一些受到较为关注的磁热效应材料的最新研究成果.低温区磁制冷材料主要包括具有低温相变的二元稀土基金属间化合物(RGa,RNi,RZn,RSi,R_3Co以及R_(12)Co_7)、稀土-过渡金属-主族金属三元化合物(RTSi,RTAl,RT_2Si_2,RCo_2B_2,RCo_3B_2)以及四元化合物RT_2B_2C等,其中R代表稀土元素,T代表过渡金属.这些材料一般都具有二级相变,具有良好的热、磁可逆性,也因其合金属性具有良好的导热性.室温区磁制冷材料主要包括Gd-Si-Ge,La-Fe-Si,Mn As基,Mn基Husler合金,Mn基反钙钛矿,Mn-Co-Ge,Fe-Rh以及钙钛矿氧化物等系列.这些材料一般都具有一级相变,多数在室温具有巨大的磁热效应而受到国内外的极大关注.其中,La-Fe-Si系列是国际上普遍认为具有重要应用前景的磁制冷工质之一,也是我国具有自主知识产权的材料.本文还对磁制冷材料的发展方向进行了展望.     

Eu_(0.9)M_(0.1)TiO_3(M=Ca,Sr,Ba,La,Ce,Sm)的磁性和磁热效应

EuTi0_3是直接带隙半导体材料,在液氦温度附近呈现反铁磁性,且具有较大的磁熵变,但是当其转变为铁磁性时,可以有效提高低磁场下的磁熵变.本文通过元素替代,研究晶格常数的变化和电子掺杂对磁性和磁热效应的影响.实验采用溶胶凝胶法制备EuTiO_3和Eu_(0.9)M_(0.1)TiO_3 (M=Ca, Sr, Ba, La, Ce, Sm)系列样品.结果表明:大离子半径的碱土金属离子替代提高了铁磁性耦合,有利于提高低磁场下的磁热效应.电子掺杂可以抑制其反铁磁性耦合从而使其表现为铁磁性.当大离子半径的稀土La和Ce离子替代Eu离子时,既增大了晶格常数也实现了电子掺杂,表现出较强的铁磁性.在1 T的磁场变化下,Eu_(0.9)La_(0.1)TiO_3和Eu_(0.9)Ce_(0.1)TiO_3的最大磁熵变分别为10.8和11 J/(kg·K),均大于EuTi0_3的9.8 J/(kg·K);制冷能力分别为39.3和51.8 J/kg,相对于EuTi0_3也有所提高.     

磁热效应与磁冰箱

冰箱是日常生活中必不可少的家用电器，原来的普通冰箱大都以氟里昂为工作介质，采用气体压缩式制冷，这种致冷技术不仅工效低，噪声大，而且会排出大量的温室气体，对环境造成难以恢复的危害．能否找到一种更好的替代品呢72001年12月，美国能源部科研人员在艾奥瓦州立大学埃姆斯实验室制成了世界上第一台能在室温下工作的磁冰箱．这是一种利用铁磁性制冷工质进出磁场引起温度变化而在室温范围进行制冷的新方法，无污染、无噪音、使用寿命长，是21世纪最具发展前景的制冷技术．下面简要介绍一下磁制冷冰箱的工作原理．     

非晶合金的磁热效应及磁蓄冷性能

非晶合金的功能物性开发是突破非晶合金应用瓶颈的关键点之一.磁相变是非晶合金的一个重要特征.利用非晶合金的磁相变所带来的独特效应,可以将其应用于制冷领域.一方面非晶合金的磁热效应可以作为磁制冷材料应用于磁制冷机,另一方面非晶合金的比热突变可以作为磁蓄冷材料应用于低温制冷机.本文就非晶合金的磁热效应和磁蓄冷性能的原理、特征及其应用前景进行了详细介绍.     

钆硅锗确有巨磁热效应

室温磁制冷在近几年取得重要进展,尤其是造出了高性能的样机和发现了巨磁热材料,但近来因为巨磁熵变发生在一级相变点,在磁熵变的计算上国际诸研究小组出现了分歧,本文对此进行了详细的讨论,给出了统一的处理方法,结果表明钆硅锗的确具有巨磁热效应。     

磁热效应演示装置的设计与制作

介绍了磁热效应演示装置的工作原理及设计方案,将磁热材料Mn1.28Fe0.67P0.48Si0.54作为磁工质对样机进行测试,实验结果与文献值相比基本一致.通过重复测试验证了演示仪的可靠性.该装置因其结构简单、便于操作、测量用时短、成本低廉等优点,为磁热效应的研究提供了补充测量手段.     

自旋转向相变中的条纹磁畴研究

用光激发电子显微镜研究了Fe／Ni铁磁膜和Co／Cu／Fe／Ni磁耦合膜中的条纹磁畴．实验发现：在Fe／Ni体系中，条纹磁畴宽度随着铁层厚度趋近于自旋转向相变点呈指数下降；在Co／Cu／Fe／Ni体系中，Fe／M层中的条纹磁畴会沿着钴层磁矩的方向排列，其磁畴宽度会随着Co-Fe／Ni间的层间耦合强度呈指数下降．理论上推导出条纹磁畴随着磁各向异性能和层间耦合强度变化的统一公式，而实验结果与理论符合得非常好。     

哈斯勒合金Ni50Mn35In15的马氏体相变及其磁热效应

利用电弧炉熔炼了Ni₅₀Mn₃₅In₁₅多晶样品,根据磁性测量对其马氏体相变和磁热效应进行了系统研究.结果表明,随着温度的降低,样品在室温附近先后发生了二级磁相变与一级结构相变特征的马氏体相变,导致它的磁化强度产生突变. 同时通过低温下的磁滞回线的测量发现样品存在交换偏置行为,表明低温下马氏体相中铁磁和反铁磁共存. 此外,根据Maxwell方程,计算了样品在马氏体相变温度附近的磁熵变,当温度为309K,磁场改变5 T时,样品的磁熵变可达22.3J/kgK. 关键词： 哈斯勒合金 50Mn₃₅In₁₅')" href="#">Ni₅₀Mn₃₅In₁₅ 马氏体相变 磁热效应     

液体-液体相变与反常特性

绝大多数物质的液态密度随温度降低而增大,即常见的热胀冷缩现象.但存在一类物质,如水及第四主族的硅、锗等,其液态密度在一定温度范围内随温度的升高而增大,即密度反常现象.此外,该类物质还存在动力学反常(密度越大粒子运动越快)、热力学反常(热力学量的涨落随温度降低而升高)等其他反常特性.这类材料的化学性质千差万别,但却具有相似的物理反常特性.进一步的理论研究发现部分材料具有两种液态,即高密度液态和低密度液态,两者之间存在一级相变.因此,反常特性与液体-液体相变是否有直接关联是一个值得深入研究的课题.本文主要介绍了具有液体-液体相变的一类材料及其反常特性,包括高温高压下氢的液体-液体相变及其超临界现象,镓的反常特性及其与液体-液体相变的关联等.     

Er2AlFe16－xMnx化合物的磁性及反常热膨胀

通过X射线衍射及磁测量手段研究了Er₂AlFe_16-xMn_x(x=1，2，3，4，6，8)化合物的结构和磁性. 研究结果表明Er₂AlFe_16-xMn_x化合物具有六角相的Th₂Ni₁₇型结构. 采用X射线热膨胀测定法在103—654K的温度范围内测量了Er₂AlFe_16-xMn_x(x=1，2，3，4)化合物的热膨胀性质，发现这些化合物在低温下存在热膨胀反常现象，在居里点附近具有负膨胀性质. 对自发磁致伸缩的研究结果表明Er₂AlFe_16-xMn_x化合物中存在着较强的各向异性的自发磁致伸缩，低温下自旋重取向的出现使得化合物的自发体磁致伸缩有所增强. 磁测量结果表明Mn的替代导致Er₂AlFe_16-xMn_x化合物的居里温度及自发磁化强度急剧下降，并且使得化合物的磁晶各向异性发生显著改变. 关键词： 2AlFe_16-xMn_x化合物')" href="#">Er₂AlFe_16-xMn_x化合物 反常热膨胀 自发磁致伸缩     

ZrV2-xPxO7固溶体的相变与热膨胀性质的研究

本文采用固相烧结法制备了ZrV2-xPxO7@=0,0．2,0．4,0．6,0．8,1）系列材料．粉末X射线衍射（XRD）分析表明,所制备材料的结构为单一立方相．应用变温拉曼光谱研究该材料相变,变温拉曼光谱研究结果表明,材料起始相变温度随着P5＋替代V5＋量的增加逐渐降低,x=0,0．4,0．8,1对应的相变温度分别为383K,363K,273K,213K．热膨胀测试结果表明：随着P替代量的增加正一负膨胀转变温度先降低后增加,x=0,0．2,0．4,0．6,0．8,1对应的正一负膨胀转变温度分别为429K,403K,372K,390K,398K和435K．本文指出了该系列材料存在两个相变过程,为设计和制备ZrV2O7基室温附近的负热膨胀材料奠定了良好的基础．     

HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟

HMX（octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine）晶体不同晶型对温度的响应对于深入认识含能材料在外加载荷下的感度、稳定性、相变等具有重要意义．采用ReaxFF—lg势函数和等温等压分子动力学（NPT-MD）方法,研究了β-,δ-和α-HMX三种固态晶型在T=303—503K内的晶体结构和分子结构．结果表明,ReaxFF—lg势函数能够合理地描述HMX晶体的热膨胀行为,计算得到的晶体结构和热膨胀系数与实验数据比较符合．三种晶型的线膨胀系数表明,β-HMX晶体具有明显的热膨胀各向异性;δ-HMX晶体C轴的热膨胀特性与a,b轴略有不同;α-HMX晶体三个方向的热膨胀特性基本相同．三种晶型的体膨胀系数为8-HMX〉α-HMX〉β-HMX,表明δ-HMX晶体对温度最敏感,这可能是δ-HMX晶体具有更高感度的原因．在T=443K时,β-HMX晶体的晶胞参数突变,且部分分子构型由“椅式”转变为“船式-椅式”．采用两相热力学模型（2PT）得到的亥姆赫兹自由能表明,β—HMX晶体在T=423—443K时发生相变．β-,δ-和α-HMX晶体分别在T=303—423K,T=443—503K和T=363-423K内稳定存在．     

巨磁热效应与磁冰箱

 今天,电冰箱即使在我们这样发展中国家的城市中,也已经是很普通的家电,日常生活中缺之不得。无疑,电冰箱给人们带来了很多的便利。但是,电冰箱存在着两大缺点,一是使用压缩机,需要消耗不少的能量;二是其普遍使用氟立昂作为致冷剂,氟立昂(R12)的化学分子式是CCl2F,它是通常称之为氟氯烃(CFCs)的含氯源气体的一种,是破坏大气臭氧层的元凶之一。这也表明,科学技术是一把双刃剑。那么,能不能除去电冰箱这两大缺陷呢?科学技术的发展肯定地回答了这个问题,这就是5年前发现的巨磁热效应以及近一二年发明的室温磁冰箱。     

哈斯勒合金Ni45Co5Mn37In13的磁场诱导马氏体相变和反磁热效应研究

通过结构和磁性测量,对Ni45Co5Mn37In13多晶样品的马氏体相变性质进行了系统研究,发现Co原子的间隙掺杂能够提高三元合金奥氏体相与马氏体相之间的磁化强度差异(ΔM).以此为基础,结合基本热力学理论,总结了计算驱动完整马氏体相变所对应临界磁场在热力学上的一般表达式,并结合Ni45Co5Mn37In13的实验结果对该表达式进行了基本讨论,充分证明了磁场诱导马氏体相变不仅与该类合金两相之间的ΔM有关,而且还依赖于合金在相变过程的温度跨度与热滞后.此外,计算了Ni45Co5Mn37In13合金在磁场诱导马氏体相变过程中的反磁热效应.结果表明,该合金的饱和等温熵变约为27J/kg K.而且保持在一个非常宽的温度跨度内,以至于样品在50kOe磁场改变下的磁制冷量已经达到了约340J/kg.