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.     

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.     

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。     

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。     

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．     

没有热效应的新型磁光测试装置

介绍了一种新型的磁光测试装置.根据法拉第磁致旋光效应,使用永磁片代替以往通电螺线圈产生磁场,不会产生热量,可以消除热效应对磁光介质费尔德常量的影响.通过实验测出这种磁场的分布特点,给出该装置的调节方法,并测出292 K温度下LaK2,LaK3,Tb20,Tb25,ZF6玻璃的费尔德常量.本实验为地磁成像技术提供了实验数据,并推动了该研究的进展.     

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.     

涡流热效应演示器的制作

1引青涡流热效应是电磁感应现象的一个有力的佐证．涡流热效应在工业生产中早已应用——高频炉冶炼金属，近几年来，涡流加热技术也被应用到家用电器产品中．一般在电磁学教材中，均以变压器铁芯发热来说明这一点．由于变压器中既有铜损，又有铁损，并且做为变压器来说，发热时温度上升较慢，虽能说明原理，但效果欠佳且不直观．根据感应炉的设计原理，作者在讲授电磁学课程时，设计了一种能够直观演示涡流加热效应的演示器，经过实际应用，效果很好．利用涡流加热金属，就是在金属中利用感生电场推动电荷运动而形成电流．感生电场的大小正…     

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.     

在室温磁制冷中铁磁体作为工作物质的可能性

在室温磁制冷中铁磁体是合适的工作物质．铁磁体内部存在的交换相互作用，使我们能够以较低的外场达到排出磁熵的目的．同时，铁磁体磁热过程本身的可逆性，使我们有可能用它构成高效的磁制冷机．本文从铁磁体磁热效应的基本实验事实出发，讨论磁制冷机工作物质选择的判据，强调真实磁化过程在制冷应用中的意义，利用分子场近似给出对材料选取有用的公式，通过对比指出，Ｆｅ基合金具有很好的应用前景．     

相变调控、磁热效应和反常热膨胀

相变作为广泛存在于自然界中的一种现象很早就受到了广泛的关注,并且已经被应用于相变制冷、相变存储、相变储能和负热膨胀等领域中.基于磁热、电热和机械热效应不断发展起来的固态制冷技术具有环保、高效、低噪声和易小型化等优点,被视为替代汽压缩制冷的新型制冷技术.其中,磁热效应是研究历史最悠久的一种.然而,单磁场驱动磁热效应的诸多不足限制了其固态制冷应用,如热效应幅度不够高、滞后损耗大、制冷温跨窄等,因此多场调控和多卡效应应运而生.本文主要介绍笔者团队近期开展的多场调控磁热效应、以及磁热材料的反常热膨胀行为的研究.     

钙钛矿锰氧化物的磁相变临界行为及磁热效应研究进展

钙钛矿锰氧化物具备磁热效应高、性能稳定可控、成本低廉等显著优点, 是适用于室温磁制冷领域的优质候选工质材料之一. 但该体系内部电磁学性质复杂, 特别是关于铁磁相互作用机制和磁相变性质等关键科学问题仍然有待深入探索. 分析磁相变临界行为有利于揭示磁性材料内部的铁磁相互作用距离和机制等重要信息. 本文简要介绍了钙钛矿锰氧化...     

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…     

电流热效应的演示

做好电流热效应演示实验对理解电流做功、焦耳定律及它们的应用十分重要,现介绍一种自制的演示装置。 1.材料及制作 (1) 电热线圈在旧的电炉丝上剪取电阻值为4欧姆的镍铬丝一段,保存螺旋状结构,以减少热散失,提高发热温度。     

宽温区磁致冷机工质材料的优化

评述了在室温以下的整个低温温区磁致冷机工质材料的研究进展，其中包括为扩展有效致冷温区而设计的复合铁磁材料，新近发展迅速的纳米磁致冷材料，在Ｈ２液化器中适用的稀土金属间化合物，以及纯４ｆ族合金等。评价了各种工质材料的性能，通过对磁致冷Ｈ２液化器的Ｙｏｎｇ分析，给出了工质材料的优化判据。     

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}     

非晶态Gd45Ni30Al15Co10合金的制备与磁热性能

具有优良磁热性能的材料是磁制冷技术应用的关键.本文设计制备出了一种非晶态四元Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀合金条带,系统地研究了该合金的磁热性能. Co的引入增加了合金的非晶态热稳定性,扩大了过冷液相区宽度. Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀非晶态合金条带的居里温度和有效磁矩分别为80 K和7.21μB,在10 K温度下饱和磁化强度达到173 A·m~2·kg^-1,矫顽力为0.8 kA·m^-1,具有优异的软磁性能.在5 T的外加磁场下, Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀非晶态合金的磁熵变峰值和相对制冷能力分别高达10.2 J·kg^-1·K^-1和918 J·kg^-1.该合金具有典型的二级磁相变特征,可以在较宽的温度范围...     

La_(0.8-x)Ca_(0.2)MnO_3纳米颗粒的居里温度与磁热效应

采用溶胶 凝胶法制备了系列La0 .8-xCa0 .2 MnO3 多晶样品 ,用X射线衍射分析确定了样品的钙钛矿结构 ,用透射电子显微镜观察了样品的形貌及粒径分布情况 ,用PAR15 5型振动样品磁强计测量了样品的磁性随外场和温度的变化 ,确定样品的居里温度并计算了各样品的磁熵变 .磁测量及计算结果表明制备的各样品的居里温度在180— 2 6 0K的范围内且随焙烧温度和La3 离子空位浓度的不同而变化 ,不同温度焙烧的样品均有较大的磁熵变值 ,其中 110 0℃焙烧的La0 77Ca0 .2 MnO3,多晶样品在 2 40 5K ,H =1 0T的外场下的磁熵变达 3 76J/kg·K ,对实验结果做了定性的分析 .该材料具有较高的居里温度和较大的磁熵变 ,所需外场强度适中 ,电阻率高 ,性能稳定 ,适合做高温磁制冷材料 .     

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。