基于数值方法研究双层钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁性和磁熵变

采用传统固相反应法制备多晶样品(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7,测量了样品的磁化强度与温度关系曲线(M-T),并且采用数值方法研究了该多晶样品的磁性及磁卡效应。利用正交多项式最小二乘拟合方法对钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁化强度曲线M(H,T)进行拟合,再根据拟合的数据计算出样品的Arrott曲线和磁熵变值。研究发现:该样品处于低温时系统呈现铁磁性,而处于高温时系统呈现出顺磁性;当温度在Tc3D≈75 K附近,系统发生了一级相变而且出现较大的磁熵变值,样品在1 T外加磁场下的最大磁熵变值为1.53J·(kg·K)~(-1)。因此,该样品具有在液氢温区实现磁制冷的潜能。计算结果显示,拟合数据和实验数据误差较小,结果比较满意。说明此种方法适用于计算该样品的磁性和磁熵变。     

一级相变磁制冷材料LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金的磁相变特性系统分析

以La Fe11.6Si1.4合金为研究对象,系统分析了该一级相变材料的居里温度(TC)、磁场诱导磁相变的临界磁场(HC)、磁化率(χ)、磁滞、磁熵变(ΔS)、制冷能力(RCP)等磁性特性。结果表明:温度诱导磁相变的居里温度和磁场诱导磁相变的临界磁场均随磁场呈线性增加,ΔTC和ΔH随磁场和温度的变化率的值分别为4.1 K·T-1和0.2 T·K-1。当合金处于纯铁磁态和顺磁态时熵变磁熵变几乎为零,但磁场诱导的磁相变,会导致某一定温度下合金磁熵变有一个突变。但合金最大熵变并不是随磁场的增加而线性增加,当磁场达到一定值后随磁场增加其值基本没有变化。不同模型计算的制冷能力均随磁场的增加而呈线性增加。在两相共存态中,同一温度下两种不同铁磁的磁化率存在差异,即因磁场诱导的铁磁态相与合金中本身的铁磁态相的磁化率存在差异,且前者小于后者,这种物理现象对深入研究温度诱导和磁场诱导磁相变的差异有一定的参考价值。     

Dy_3NiSi_2合金磁相变与磁热性能研究

通过对Dy_3NiSi_2合金样品的X射线粉末衍射谱、等温变磁磁化曲线、等磁场变温磁化曲线分析,主要研究了合金的相结构和晶格参数、磁相变属性和磁热性能。X射线衍射谱表明Dy_3NiSi_2样品几乎为Gd_3NiSi_2型正交结构(空间群:Pnma, No.62)的单相合金,其晶格常数分别为a=1.1242(3) nm,b=0.41073(3) nm,c=1.1223(9) nm。在45～300 K温度范围内, Dy_3NiSi_2合金仅展现出铁磁-顺磁相变, 0.01 T磁场下的dM/dT和0～2 T磁场下的Arrott图表明, Dy_3NiSi_2合金的磁相变为居里温度T_c=54 K的铁磁-顺磁二级磁相变。在0～2 T磁场范围内, Dy_3NiSi_2合金居里温度处的最大磁熵变为3.65 J·(kg·K)~(-1),相对制冷量为167.9 J·kg~(-1)。     

CeFe10.5Si2.5金属间化合物晶体结构、磁性和磁熵变特性研究

通过X射线衍射和磁性测量等手段对金属间化合物CeFe10.5Si2.5的晶体结构、磁性以及磁熵变进行了研究. 结果表明,经过对铸态样品进行12 h退火所得的金属间化合物CeFe10.5Si2.5晶体为单相立方NaZn13型结构; 在1.5 T外磁场下居里温度TC～206 K附近的最大等温磁熵变为10.7 J·kg-1·K-1,并随着外磁场的增大而迅速增大; 从Arrott曲线中可以看出,在此化合物中没有明显的巡游电子变磁转变特性,但从低磁场下的热磁曲线可知,磁化强度在居里温度处发生陡峭的变化,这应该是该化合物获得大磁熵变的原因.     

不同工艺和原料对Mn_(1.2)Fe_(0.8)P_(0.48)Si_(0.52)化合物磁热效应的影响

用不同的工艺和原料制备了3个名义成分相同的Mn1.2Fe0.8P0.48S i0.52化合物。X射线衍射结果表明,3个化合物均为Fe2P型六角结构(空间群为P-62m),并且存在少量的(Fe,Mn)3S i相。通过磁性测量发现,3个样品的居里温度有所不同,但是都在室温附近(270~290 K)。以Fe2P为原料制备的化合物具有较大的磁熵变,在1.5 T的磁场变化下其最大磁熵变为13.6 J.(kg.K)-1。以行星样品球磨机制备的化合物具有较小的热滞,最小热滞为6.7 K。这些表明不同的制备工艺和原料对化合物的居里温度、热滞和磁熵变都具有一定的影响。同时低成本的原料、简单的制备工艺、较小的热滞和较大的磁熵变使得Mn1.2Fe0.8P0.48S i0.52化合物成为一种理想的室温磁致冷候选材料。     

巡游电子系化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)11.4Si1.6的磁热效应

对制备的化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)11.4Si1.6(x=0.02,0.04,0.06)的相组成、巡游电子变磁转变(IEMT)特性和磁热效应(MCE)进行了研究。粉末X射线衍射结果表明,经1373 K真空退火处理7 d后,化合物La0.8Ce0.2(Fe1-xCox)11.4Si1.6(x=0.02,0.04,0.06)均为单相立方NaZn13型晶体结构。随着Co含量由x=0.02增加到x=0.06,样品的居里温度TC由207 K上升到277 K。在0~1.5 T磁场变化下,x=0.02,0.04,0.06时样品的最大磁熵变|ΔSM(T)|分别为40.17,12.60和7.65 J.kg-1.K-1,可见该化合物有巨大的磁熵变,而且随Co含量的增加最大磁熵变迅速减小。该化合物的巨大磁熵变来源于TC处的一级相变,以及在TC以上由磁场诱导IEMT,但由于Co原子对Fe原子的替代能够抑制变磁转变的发生,因此该系化合物最大磁熵变随Co含量的增加迅速减小。     

Gd5Si1.75Ge1.75Sn0.5的结构、磁相变与磁熵变

采用粉末XRD和振动样品磁强计研究了Gd5Si1.75Ge1.75Sn0.5合金的结构、磁相变和低场变化下的磁熵变。磁性测量结果表明,Gd5Si1.75Ge1.75Sn0.5合金的磁化强度在居里温度附近发生突变,具有一级相变的典型特征,室温具有Gd5Si2Ge2型单斜结构;合金低场磁热效应非常明显,1.8T磁场变化下,在其居里温度272K附近的最大磁熵变为16.7J.kg-1.K-1。用成本低廉的Sn取代Gd5Si2Ge2中部分Si和Ge后,Gd5Si1.75Ge1.75Sn0.5在低磁场变化下的磁熵变比金属Gd大得多并略高于Gd5Si2Ge2。     

La-Fe基NaZn13型化合物的磁场诱导熵变研究

围绕具有一级磁性相变的La-Fe基NaZn13型化合物的磁场诱导熵变研究,从室温磁制冷目的出发讨论了材料研究和熵变机制。La-Fe-Si在190K附近5T磁场下的熵变值可达29J.kg-1.K-1。用少量Co替代Fe,可以获得室温附近5T磁场下熵变为15J.kg-1.K-1的大熵变材料。这类材料中的熵变主要由磁有序熵变和晶格熵变组成。分析了一级磁性相变体系中磁有序熵变和晶格熵变对总熵变的贡献,并发现大的熵变来源于被晶格贡献抵消后的磁有序熵变。     

LaFe13-xSix (1.2≤x≤2.2)化合物的磁场诱导熵变与磁场的关系

通过真空电弧熔炼、长时间真空热处理的方法获得了单相NaZn13-型LaFe13-xSix(1.2≤x≤2.2)化合物,并测量了它们的磁化强度与磁场和温度的关系,用Maxwell关系式计算出在不同磁场下化合物的熵变ΔS。用Landau的二级相变理论及平均场近似下的标度律,分析拟合了LaFe13-xSix化合物ΔS与H之间的关系,对于具有一级和二级相变的材料,发现均存在ΔS∝H2/3的关系,只是拟合得到的参数不同。采用熵变峰值拟合得到的参数能够反映材料中一级磁性相变的程度,研究磁场诱导的熵变与磁场的关系可以为磁制冷研制提供指导。     

Gd7Pd3-xFex合金磁性及磁热效应的研究

采用电弧熔炼和高温退火的方法制备了Gd7Pd3-xFex(x=0, 0.2, 0.5, 0.8和1)合金材料,并对该系列合金材料的磁特性及磁热效应进行了研究。X射线粉末衍射研究表明,所有的材料均形成Th7Fe3型结构。并且随着x的增大,晶格常数、居里温度、饱和磁化强度和最大磁熵变均有所降低。相比于Gd7Pd3,掺入Fe元素的材料可以获得更接近室温的居里温度和更宽的工作温区,从而导致了7 T磁场下高达1096 J·kg^-1的相对制冷能力(RCP), Gd7Pd3-xFex有望被用于室温附近的磁制冷。     

镝掺杂钙钛矿锰氧化物Gd0.67Ca0.33MnO3的磁性和磁卡效应EI北大核心CSCD

借助传统的固相反应法制备了多晶系列样品Gd0.67-xDyxCa0.33Mn O3(x=0,0.05,0.15),探究了Dy掺杂后对该系列样品磁性和磁卡效应的影响。研究结果表明：该系列样品呈现良好的单相性,均是立方钙钛矿结构,空间群为Pbnm;3个样品的铁磁性减弱、反铁磁性增强,并且Dy掺杂后系统内长程铁磁有序增强,形成了AFM团簇;通过该系列样品的临界行为分析,表明该系列样品均与平均场模型拟合较好;通过Arrott曲线和重标定曲线,发现母相和掺杂样品x=0.05,0.15均经历了一级相变到二级相变的过渡阶段;3个样品外加磁场为5 T的最大磁熵变值分别为1.53,1.44,1.40 J·kg-1·K-1。     

Tb(Co_(1-x)Sn_x)_2合金的结构和磁热效应

通过X射线衍射和磁性测量研究了Tb(Co1-xSnx)2(x=0,0.025,0.050,0.075,0.100)合金的相结构和磁热性能。经分析可知Sn在TbCo2中的替代是有限的,X粉末衍射分析确定TbCo2具有MgCu2结构,其他样品由TbCo2,TbCo3和Tb5Sn3三相组成,TbCo2为主要相。随着Sn成分的增加,杂质相TbCo3和Tb5Sn3的含量增加,所有样品保持第二序磁相变。Sn的替代使磁相变的温度稍微有所提高,样品TbCo2的TC值为230 K,样品Tb(Co0.950Sn0.050)2的TC值为233 K,但Sn的成分继续增加,样品的TC值有所下降。在外加磁场2 T的作用下,样品Tb(Co1-xSnx)2(x=0,0.025,0.050,0.075)最大磁熵变值分别为3.44,2.29,1.64,1.16 J.kg-1.K-1。     

室温以上磁制冷材料La(Fe1-xCox)11.7Al1.3化合物的研究

通过X射线衍射分析和超导量子干涉磁强计（SQUID）磁性测量,研究了Co替代Fe含量对居里温度在室温以上的磁制冷材料La（Fe1-xCox）11.7Al1.3（x=0.072,0.081）磁结构和磁性能的影响。La（Fe1-xCox）11.7Al1.3材料的居里温度随Co的含量增加而增加,La（Fe0.919Co0.081）11.7Al1.3的居里温度为311 K。当外场变化为1.9 T时磁熵变达到3.6 J·kg^-1·K^-1,RCP值为168.6 J·kg^-1,虽然它的磁熵变小于具有巨磁熵变的磁制冷材料,但是它在磁场为1.9 T时的制冷能力与这些材料相当。     

快淬法制备La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.4)Si_(1.6)合金的磁熵变研究

为了探求La系磁熵变材料的短时退火工艺,利用两种方法制备了磁制冷材料La0.8Ce0.2Fe11.4Si1.6合金,其一为将电弧熔炼合金退火5天(样品A),其二为将合金利用铜模铸造方法得到快淬样品,再退火2 h(样品B)。X射线衍射表明,样品A和B主相为NaZn13相结构。通过对比发现,尽管样品A的最大磁熵变值大于样品B的,但样品B在制冷温区和制冷能力方面优于样品A。因此,快淬加短时间热处理可以大大节省时间和能量,是一种制备La0.8Ce0.2Fe11.4Si1.6磁制冷材料的高效且性能优越的方法。     

稀土簇基金属有机框架的合成、结构及磁学性质

通过溶剂热法合成出了两种稀土簇基金属有机框架材料:{[Ln_7(OH)_8(HOCH_2COO)_8(H_2O)_3]·Cl_5·3H_2O}_n(Ln=Gd(1),Dy(2))。磁性研究表明,化合物1在低温下具有较大的磁热效应,在3 K、7 T时磁熵变值高达44.4 J/(kg·K),化合物2在不加直流场的情况下具有明显的频率依赖性,表明化合物2具有缓慢弛豫的性质。此外,粉末衍射结果发现,化合物1和2具有非常高的化学稳定性,其可稳定存在于pH值1~14的水溶液及沸水中。结果表明,稀土簇基金属有机框架材料在低温磁制冷方面具有潜在的利用价值。     

(La1-xREx)2/3Sr1/3MnO3(RE=Y,Sm,Eu,Tb;x=0.1～0.5)的晶体结构及磁性质研究

采用空气中固相反应烧结法制备了一系列钙钛矿结构的(La1-xREx)2/3Sr1/3MnO3(RE=Y,Sm,Eu,Tb;x=0.1～0.5)稀土锰氧化物多晶样品.X射线衍射(XRD)分析表明掺杂RE部分替代La以后,样品的晶体结构为正交结构,空间群为Pbmm.在室温(300K)和液氮温度(77K)下分别测试了样品的磁性质,发现磁性质的改变与RE的掺入量以及RE的离子半径有关.在掺Tb的样品中明显存在巨磁电阻效应,磁场为2 T,温度为300和77 K分别测得(La0.6Tb0.4)2/3Sr1/3MnO3和(La0.7Tb0.3)2/3Sr1/3MnO3的磁电阻(MR)为80%和85%.随着Tb掺杂量的增加,在不同的磁场下,样品电阻-温度关系曲线的峰均向高温方向移动.     

La0.7Ca0.3MnO3薄膜庞磁电阻(CMR)现象的分析

针对La0.7Ca0．3MnO3薄膜材料中磁团簇的特性及其对材料庞磁电阻(CMR)现象的影响进行了研究。根据实验数据，利用Wagner等提出的数学模型，对La0.7Ca0.3MnO3薄膜中的磁团簇随温度的变化行为特性进行了研究；通过对La0.7Ca0．3MnO3薄膜相关实验数据的拟合，发现La0．7Ca0．3MnO3薄膜的居里温度范围应当在245～250K之间，从而进一步缩小了该材料居里温度的误差范围；还通过计算MR随磁团簇总角量子数J的变化，研究了制约和影响MR值的主要因素，发现磁团簇尺寸在La0．7Ca0.3MnO3薄膜的CMR现象中扮演了重要角色。     

脉冲激光沉积制备La0.62Ca0.29K0.09MnO3外延膜及其磁热性能

采用脉冲激光沉积法在单晶SrTiO3(STO)基底上制备了La0.62Ca0.29K0.09MnO3(LCKMO)薄膜,通过调控基底温度获得了平整致密的膜层.利用二维面探X射线衍射仪和高分辨透射电子显微镜对薄膜结构进行了表征.结果表明,薄膜呈高质量取向外延生长,对应关系为{001}LCKMO||{001}STO.对薄膜的磁热性能研究表明,5 T下最大磁熵变为3.45 J/(kg·K),相对制冷效率为379.5 J/kg,磁熵半峰宽为110 K.     

La-(Ca,Ba)-Mn-O材料磁电阻特性

用固相反应法制备了La2/3(CaxBa1-x)1/3MnO3(x=0.00, 0.40, 0.45, 0.55, 0.60, 1.00) 6种多晶CMR材料, 测量了材料在77～350 K范围内零磁场和0.4 T外磁场下的电阻率.在不同的温度区域呈现不同的电阻率以及磁电阻随温度的变化行为, 说明存在不同的磁电阻效应的机制.证实了高温下的电阻率峰为I-M转变.研究发现掺杂量x=0.55, 0.60两种材料在室温有较大的磁电阻, 表明掺杂量大小影响材料特性.     

择优掺杂的La-Ca-Na-Mn-O体系的庞磁电阻效应

利用溶胶-凝胶法制备出择优掺杂的名义组分为La_(1-x)(Ca_(1-y)Na_y)_xMnO_3(LCNM)的多晶样品.xRD测试表明样品均为钙钛矿结构.电输运测试表明所有样品均发生金属-绝缘体转变和顺磁一铁磁转变(转变温度分别用T_m和T_c表示),转变温度随Na含量的增加而增加,但是由于Ca,Na离子间价态的不同引起的磁不均匀性,同时含Ca和Na的样品电输运曲线在T_m温度以下出现肩型鼓包,同时表现出增宽的顺磁·铁磁转变过程,磁电阻测量发现所有样品均表现出庞磁电阻(CMR)效应,但是由于磁不均匀性,y约为0.25的样品表现出两个CMR峰.