磁制冷工质材料的研究进展

本文简要叙述了磁制冷的基本原理和历史发展,详细地总结了国内外不同温区的磁制冷工质材料的研究成果,并展望了磁制冷工质材料的研究前景。     

新型的氧化物磁制冷工质与隧道磁电阻材料--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章介绍了2004年度国家自然科学二等奖获奖成果[21].类钙钛矿型材料是一类物理内涵极其丰富的化合物,它是著名的高温超导材料、铁电材料、压电材料,又是庞磁电阻效应材料,目前又显示出具有大磁熵变效应与隧道磁电阻效应.文章作者系统地研究了锰钙钛矿磁性化合物的磁熵变与组成、微结构以及颗粒尺寸的关系,研究结果表明,磁性钙钛矿化合物具有显著的磁熵变,居里温度易调,并且化学稳定性佳,从而成为一类新型的磁制冷工质候选材料.此外,文章作者还研究了钙钛矿化合物纳米颗粒体系的磁电阻效应,发现除人们发现的居里温度附近的本征的庞磁电阻效应外,在很宽的低温区,存在与温度不甚敏感的隧道磁电阻效应.     

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.     

高温磁致冷工质的新进展

简要报道磁性钙钛矿化合物具有比钆更大的磁熵变，其居里温度可在甚宽的范围内改变，有可能成为一类新型的高温磁致冷工质。     

磁制冷研究现状

在能源紧缺、全球气温上升、环境影响日趋严重的背景下,磁制冷作为一项高新绿色制冷技术,其发展前景为各国所看好。文中简要介绍了有关磁制冷样机的研究现状、磁制冷原理、磁制冷循环、磁制冷的关键技术,以及磁制冷的应用,并对磁制冷的趋势作出展望。     

一级相变磁制冷材料的基础问题探究

由于一级相变磁制冷材料发生磁相变时有晶胞体积的突变,相变过程中有相变潜热存在,其磁化过程中有许多磁学问题有待于进一步探究.本文以LaFe13-xSix合金为研究对象,在现有对磁一级相变基础问题的分析基础上,对一级相变材料中系统熵变、等温熵变、绝热温变、热滞、磁滞、铁磁与顺磁态两相共存的温度区间和磁场区间、制冷能力的计算等磁学基础问题进行了较为细致的探究.分析表明,在忽略完全铁磁态和顺磁态对磁热效应的贡献时,Maxwell方程和Clausius-Clapeyron方程计算熵变的值具有等效性.等温磁化过程中升温和降温曲线包围的面积SABCE(磁滞的大小),实际上是升温过程和降温过程中磁场做的净功,等于相变潜热之差.磁滞和热滞的大小与磁化过程数据测量的时间有关,测量时间越长则滞后越小,当相变是平衡相变则滞后为零.另外,对温度和磁场诱导磁相变过程进行了分析,提出了一级相变磁制冷材料制冷能力的不同计算模型.本文对一级相变磁制冷材料的磁学基础问题研究有一定的参考价值.     

一个制冷工质的立方型状态方程

一个制冷工质的立方型状态方程吴之春,马一太,吕灿仁,高志明,王怀信（天津大学热能研究所天津３０００７２）关键词立方型状态方程,制冷工质１弓ｌ言立方型状态方程因其具有简单灵活、求解方便等优点,被广泛应用于实际工程计算。在制冷工程计算中较为常用的有ＲＫＳ...     

制冷空调系统替代工质的发展现状及方向

本文主要针对CFC11、CFC12以及HCFC22介绍了目前替代工质的发展现状,阐述了混合工质以及氨、二氧化碳、碳氢化合物等自然工质作为替代工质的特点以及其发展现状,总结了制冷空调系统替代工质的发展方向。     

铁氧体磁卡效应的研究

对磁铅石型铁氧体，尖晶石型铁氧体，石榴石型铁氧体以及正铁氧体部分样品的磁卡效应进行了实验研究，研究了非磁性离子的代换对居里温度以及磁熵变的影响。 关键词：     

不同换热时间对旋转式磁制冷性能影响

为分析不同换热时间对旋转式室温磁制冷系统制冷性能的影响,设计了一套以Gd颗粒钆(粒径：0.3-0.5 mm)为磁工质的双永磁旋转式室温磁制冷系统。通过对该系统制冷性能的试验研究,绘制出了不同工况下系统冷端温度的变化曲线,计算出其理想COP和实际COP。试验得出：在换热时间为2 s时冷端保温箱与环境温差最大为10℃,系统制冷系数最高,性能最好。     

饱和态下制冷工质的新状态方程

饱和态下制冷工质的新状态方程李斯特，高武子，靳包平（北京化工学院机械系北京１０００２９）关键词：饱和态，制冷工质，维里系数一、引言本文根据统计力学原理，结合本课题组曾提出的实际气体和液体的数学模型，经推导建立了一则适合饱和态下制冷工质的新状态方程；同...     

空调制冷工质R143a/R227ea、R125/R227ea的理论与实验研究

1前言制冷剂R22的替代迫在眉睫,还未有一致的意见。但一般认为,R22的替代,无纯质可寻,只能采用混合工质。本文将从理论和实验两方面,探讨混合工质R143a／R227ea、R125／R227ea做为空调制冷系统,尤其是变浓度容量调节系统的循环工质的可行性。2R143a／R227ea、R125／R227ea的热力性质分析考虑到国内外对丙烷、丁烷衍生物制冷工质的研究较少,二元混合工质的组成纯质将不仅从甲烷、乙烷系列中筛选,还将考虑采用丙烷、丁烷衍生物中的一些热物性和物理化学性质研究较充分的物质。从组成纯质及变浓度等几个角度加以筛选,本文推荐采…     

钙钛矿La0.75Ca0.25-xSrxMnO3的磁卡效应与复合材料

采用固相反应烧结法制成了钙钛矿La_0.75Ca_0.25-xSr_xMnO₃多晶样品.研究了样品的微观结构、样品的磁熵变和居里温度与成分的变化关系.并通过复合得到一种可适用于Ericsson循环的制冷材料. 关键词：     

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。     

混合制冷工质蒸发潜热的推算研究

本文定义了新的用于推算混合制冷工质蒸发潜热的对比法则,发现了混合制冷工质蒸发潜热与其纯组分蒸发潜热的无量纲关系有同一化规律;另外,本文还寻找到利用纯组分的特征蒸发潜热拟合混合制冷工质特征蒸发潜热的关系式,以及使用个别数据点标定特征蒸发潜热的方法,进而给出了利用纯工质蒸发潜热计算混合制冷工质蒸发潜热的方程;本文比较了文献中5种二元和三元混合制冷工质的推算值与文献值,平均绝对偏差小于1.5%,精度满足工程应用需要.     

以理想费米气体为工质的量子制冷循环

本文基于理想费米气体的状态方程，分析了以理想费米气体为工质的量子Ericsson制冷循环中的回热特征，推导出其制冷循环的制冷系数表达式。并在高温和低温条件下对制冷系数进行了讨论。这将对低温制冷机的研究提供理论依据。     

新型磁制冷材料--含Fe的Gd-Si-Ge

磁制冷材料的性能 ,可以用有效制冷容量RC来衡量 ,RC =ΔS× (T高 -T低) ,其中ΔS是可用磁熵度 ,T高 和T低 分别是制冷机的热端和冷端温度 .1997年 ,美国艾姆斯实验室的Gschneidner等报告了他们所发现的室温巨磁热效应材料Gd5Si2 Ge2 .不幸 ,后来的详细测试表明 ,该材料在磁制冷循环中会产生大的磁滞损失 ,从而使其应用价值受到影响 .在 5T的外场下 ,Gd5Si2 Ge2 的RC理想值是 30 5J/kg ,由于每循环的磁滞损失高达 6 5J/kg ,致使有效RC仅仅为 2 4 0J/kg .最近 ,来自美国国家标准技术研究院的ShallRD小组 ,发展了一种新的替代材料…     

常用制冷工质稠密流体的黏度推算方法

本文通过关联无量纲化剩余黏度与对比密度的关系,提出了一种推算常用制冷工质稠密流体黏度的维里型黏度状态方程.应用该方程只需已知该工质的临界参数、分子量和偏心因子即可完成计算,使得迁移性质的计算在热力学面上和平衡性质的计算保持了完整的一致性.本文通过上述方法计算了9种常用制冷工质的液相黏度,与实验数据比较显示,总平均偏差为2.36%,最大偏差为27.6%.     

La2/3Sr1/3MnO3单晶的低场磁热效应

本文对La2/3Sr1/3MnO3单晶中b和a(c)轴方向的磁热效应进行了研究,由于晶体的磁晶各向异性,磁热效应表现出一定的各向异性.通过不同温度下的等温起始磁化曲线的实验分析表明,在外加场为10kOe的情况下,b和a(c)轴方向的磁熵变-ΔSM(H)在370K达到最大值,分别为1.942Jkg-1K-1和1.873Jkg-1K-1.低场下较大的磁熵变是由于磁化强度随外场迅速变化以及自旋-晶格的耦合造成的.La2/3Sr1/3MnO3单晶在低场下表现出相对较大的磁热效应,表明其在磁制冷方面有一定的潜在应用价值.     

Gd基非晶与Gd纳米晶复合结构的磁制冷效应

通过调控冷却速率和成分配比, 制备出了Gd基非晶与Gd纳米晶的复合材料. 采用X射线衍射、热分析、原子力和磁力显微镜对其微结构进行表征, 从多个角度证实了非晶/纳米晶的复合结构. 磁性测试结果表明: 内生的纳米晶颗粒能有效改善非晶基体的磁熵效应, 相对于Gd基块体纯非晶和Gd单质, 复合体系的磁制冷效率大幅提高达到了10³ J. kg^-1; 磁熵变化峰Δ S _m的半高宽超过纯Gd的5倍; 最大磁熵变区出现平台区,但Δ S _m峰值有待于进一步提高. 理论分析表明, 复合结构中超顺磁纳米团簇的形成有效提高了磁制冷温区和效率. 结合磁滞小和电阻大等优点, Gd基非晶/Gd纳米晶复合材料具有一定的发展潜力.