Mn_(1.3)Fe_(0.6)P_(0.5-x)B_xSi_(0.5)系列化合物的结构、磁性及电输运性能

运用机械合金化和固相烧结法制备Mn_(1.3)Fe_(0.6)P_(0.5-x)B_xSi_(0.5)(x=0,0.02,0.04,0.06)系列化合物样品,用X射线衍射和磁性测量对样品进行表征。XRD射线衍射表明,该系列化合物呈Fe_2P-型六角结构,空间群为■;磁性测量表明,该系列化合物发生铁磁到顺磁的相变,热滞随着B含量的增加而呈减小的趋势,居里温度随着B含量的增加而升高,最大等温磁熵变随着B含量的增加而减小。该系列化合物的电阻率具有循环稳定性。     

(MnFe)_(1.9-x)V_xP_(0.5)Si_(0.5)化合物磁性和磁热性能

采用机械合金化和固相烧结技术,制备了V掺杂的Mn_(1.0)Fe_(0.9-x)V_xP_(0.5)Si_(0.5)(x=0,0.02,0.06,0.10,0.14,0.16)和Mn_(1.0)Fe_(0.9-x)V_xP_(0.5)Si_(0.5)(x=0,0.02,0.06,0.10,0.12)系列化合物.利用X射线衍射和磁性测量技术研究了材料的晶体结构、磁性和磁热效应.研究结果表明:两个系列化合物均结晶为Fe2P型六角结构;调整掺杂元素V的含量,可以将居里温度控制在188-375K范围;化合物的最大磁熵变随V含量增加而减少,化合物的热滞随V含量增加而减小,最小值为1K.     

Mn_(1.25)Fe_(0.65)P_(0.5-x)Si_(0.5+x)系列化合物的磁热效应

研究了Mn_(1.25)Fe_(0.65)P_(0.5-x)S_(0.5+x)(x=0.02,0.04,0.06,0.08)系列化合物的结构和磁性.X射线衍射结果表明,化合物的主相均为Fe2P型六角结构,空间群为P62m.磁性测量表明,化合物均经历了一级相变;随着Si含量的增加,化合物的居里温度逐渐增大,磁熵变逐渐减小,饱和磁化强度略有降低,但热滞无明显变化.     

Cl掺杂对Mn-Fe-P-Si化合物结构、磁性和磁热性能的影响

使用机械合金化和固相烧结法制备出Mn_(1.1)Fe_(0.8)P_(0.55-x)Si_(0.45)Cl_x(x=0,0.003,0.009,0.015)系列化合物,研究了其结构、磁性及磁热性能。XRD结果表明,该化合物结晶后的结构为空间群为P-62m的Fe_2P型六角结构,可观察到明显的(Mn, Fe)_3Si杂相,且含量随着Cl元素含量的增加而增加。随着Cl元素含量的增加,其晶格常数a减小、c增大。热滞逐渐从Cl元素含量为0时的24K增加到含量为0.015时的41K。化合物的居里温度和等温磁熵变随着Cl元素的增加而逐渐降低,但对其相对制冷能力影响较小。Cl元素含量为0时的化合物磁熵变最大,在0-3T的外磁场变化下的磁熵变为25.9J/kg·K~(-1)。     

MnFe_(1-x)Z_xP_(0.77)Ge_(0.23)(Z=Co,Ni)系列化合物的结构与磁性

利用高能球磨法和粉末烧结法制备了MnFe_(1-x)Z_xP_(0.77)Ge_(0.23)(Z=Co,Ni)系列化合物,研究了样品的物相结构、磁热效应及电子状态.X射线衍射结果表明,该系列化合物均形成Fe2P型六角结构,空间群为P62m.用Co和Ni分别替代Fe,随着Co和Ni含量的增加,晶格常数a逐渐减小,c逐渐增加.磁性测量结果表明,MnFeP_(0.77)Ge_(0.23)化合物的居里温度为360K,用Co和Ni分别替代Fe后,随着Co和Ni含量的增加,化合物的居里温度、热滞和等温磁熵变均降低.FeL_3边XANES分析结果表明,用Co和Ni分别替代Fe后,Fe的+3价态减弱,Fe的+2价态增强.     

低磁场下获得巨磁热效应的GdSiGeZn合金

在研究Gd5Si2-xGe2Znx,Gd5Si2-zGe2-zZn2z系列合金的等温磁熵变和居里温度时发现,Zn的微量变化对合金的磁热性能影响很大.当x或者2z为0.001时,在1.5 T外加磁场变化下,其最大等温磁熵变分别为20.70 J/(kg.K)(x=0.001)和25.30 J/(kg.K)(2z=0.001),居里温度分别为284 K(x=0.001)和280 K(2z=0.001),其磁热性能远高于没有添加Zn元素的合金(5.03 J/(kg.K)).实验证明,微量元素Zn对Gd5Si2Ge2化合物的合金化处理,可使其在低磁场下的磁热效应得到巨幅提高,其最大等温磁熵变优于文献报道的铸锭合金Gd5(Si1-yGey)4及其他添加元素(如Ga,Sn,Cu,B,Al,Bi,Co,Fe,Ni,Mn,C,H等)替代Si或Ge时在5 T高外加磁场变化下的等温磁熵变.     

(Mn1-xCox)65Ge35(x=0.2～0.5)合金的磁热效应

在氩气的保护下用熔炼法制备了(Mn1-xCox)65Ge35系列合金,通过X射线衍射和振动样品磁强计研究了样品的结构和磁熵变.结果表明,(Mn1-xCox)65Ge35系列合金在Co含量x=0.2时,样品为正交结构,磁矩反铁磁排列; 当Co含量0.2≤x≤0.5时,样品为六角结构,磁矩铁磁排列.随着Co含量的增加,合金的居里温度在250～302K范围内变化.在低磁场(0-1.5T)下,(Mn1-xCox)65Ge35系列合金的最大等温磁熵变为1.7J·kg-1·K-1.     

Fe2P型Fe-P-Si化合物的磁性、磁热效应和磁晶各向异性的研究

主要研究Fe_(1.90)(P_(1-x)Si_x)(x=0.10,0.20,0.25,0.27)系列化合物的磁性、磁热效应和磁晶各向异性。结果表明,Si替代P对化合物的磁热效应影响不大,但可将化合物居里温度提高至x=0.27时的514K,且保持较强的磁晶各向异性。XRD图谱表明化合物的结构为Fe_2P型的六角结构,空间群为P-62m。经磁场取向处理后,化合物的002峰强增强,表明化合物的易磁化方向为c轴。从磁化曲线可以看出,沿外加磁场取向的化合物更易达到饱和磁化。与Fe_2P相比较,少量Si的掺杂不仅提高了化合物的居里温度,同时观察到了适量的剩磁和矫顽力。     

LaFe_(11.6-x)Co_xSi_(1.4)系列化合物的磁热效应

采用X射线衍射和磁性测量等方法,研究LaFe11.6-xCoxSi1.4(x=0.1,0.2,0.3)系列化合物的结构和磁性.结果表明:LaFe11.6-xCoxSi1.4(x=0.1,0.2,0.3)的主相为NaZn13型立方结构,空间群为Fm-3c;随着Co含量的增加,该系列化合物的居里温度TC升高,x=0.1时TC约为202.2 K,并且具有大的磁熵变;外加磁场为1.5 T时,磁熵变-ΔSm=16.1 J/(kg.K).大的磁熵变来源于TC处磁化强度的陡峭变化和TC以上磁场诱发的变磁转变.     

Mn_(1-x)Bi_xCoGe合金的马氏体相变和磁热效应研究

MnCoGe添加部分元素形成的四元合金能使其结构转变和磁转变发生耦合,在马氏体相变过程表现出明显的磁热效应,进一步得到更大的磁熵变.我们利用氩气保护下的电弧熔炼方法制备了Mn_(1-x)Bi_xCoGe (x=0, 0.03,0.04, 0.05, 0.055, 0.06)系列合金样品.实验结果表明,随着Bi元素掺杂量的增加,样品的结构转变温度(T_M)向低温方向移动. Mn_(0.945)Bi_(0.055)CoGe合金(价电子浓度e/a=6.63)在室温附近发生一级磁-结构转变,在外磁场改变量为5 T时,获得的磁熵变大小为36.8 J kg~(-1)K~(-1),说明Bi元素的掺杂能有效调控MnCoGe合金的马氏体相变温度和进一步提高磁熵变.     

Mn_5Ge_(3-x)Cu_x系列化合物的结构和二级相变特性

采用流动氩气电弧熔炼和高温退火法,制备了Mn5Ge3-xCux(x=0.0-0.2)化合物,并用粉末X-射线衍射研究了该系列化合物的晶体结构.结果表明:这些化合物都具有Mn5Si3型六角结构,空间群为P63/mcm;Cu对Ge的替代不改变化合物的晶体结构;晶格常数a和晶胞体积V随着Cu含量的增加而增加,而晶格常数c略微减小.用Lakeshore 7407型振动样品磁强计对每个化合物在低场(0.05T)下进行热磁测量,确定了居里温度和磁相变.结果表明,随着Cu含量的增加,化合物的居里温度几乎不变,其磁相变属于铁磁-顺磁二级相变.     

(Dy_(1-x)Gd_x)Co_2的磁熵变研究

通过磁性能测试,对金属间化合物(Dy1-xGdx)Co2(x=0,0 1,0 2,0 4,0 6)的磁熵变和磁相变进行了研究.结果表明,该化合物的居里温度随Gd含量增加呈线性提高,而其磁熵变则降低.磁熵变下降的主要原因是Gd替代Dy后化合物的磁相变由一级相变转变为二级相变.由于这种化合物在较宽温区内具有可观的磁熵变,也探讨了它用作近室温磁制冷工质的可能性.     

Mn1.3Fe0.7PxSi1-x化合物的磁热效应

用球磨和烧结法制备了Mn1.3Fe0.7PxSi1-x系列化合物.磁性测量结果表明,随着P含量的增加,居里温度由x=0.45时的320K降到x=0.55时的209K;外加磁场变化为1.5T时,在居里温度209K附近,Mn1.3Fe0.7P0.55Si0.45的最大磁熵变为11.3 J/(kg·K).该化合物的热滞为10.4K.良好的磁热效应性能和低廉的原料价格使得该系列化合物有望成为室温区磁制冷工质.     

Gd5Si4-xInx化合物的磁性和磁热效应

用真空电弧熔炼法制备了Gd5Si4-xInx(x=0.0,0.5,0.8,1.2)系列化合物.室温粉末X线衍射分析表明,该系列化合物均为正交Gd5Si4型晶体结构,并含有少量六角Gd5Si3杂相.磁性测量结果表明,Gd5Si4-xInx(x=0.0,0.5,0.8,1.2)系列化合物的居里温度分别为345,340,330,326K.当外加磁场在0～1.5T范围内变化时,居里温度附近的最大等温磁熵变分别为2.9,0.8,0.6,0.6J/(kg.K).     

(La0.9Dy0.1)2/3Ba1/3Mn1-xAlxO3(x=0,0.05)氧化物的结构与磁性

【目的】为改善(La_(0.9)Dy_(0.1))_(2/3)Ba_(1/3)Mn_(1-x)Al_xO_3的磁热性能,研究掺杂Al对其晶体结构、居里温度、相变类型以及磁热性能的影响。【方法】采用固相反应法制备锰氧化物(La_(0.9)Dy_(0.1))_(2/3)Ba_(1/3)Mn_(1-x)Al_xO_3(x=0,0.05)样品,利用X射线衍射法分析样品的结构,用振动样品磁强计测量样品的磁性。【结果】所制备样品均为单相钙钛矿结构,属于菱方晶系,空间群为R-3c(No.167)。掺杂Al使样品居里温度由无掺杂的274K降低到248K,在外加磁场变化为20kOe时最大磁熵变由2.16J/(kg·K)降低到1.85J/(kg·K)。样品的铁磁-顺磁相变属于二级相变。采用双交换作用机制解释了居里温度和磁化强度的变化。【结论】非磁性元素Al替代Mn不改变其晶体结构,稍微降低了锰氧化物的磁热性能。     

Dy掺杂对(La1-xDyx)2/3(Sr)1/3MnO3居里温度和磁熵变的影响

用固相反应法制备了(La1-xDyx)2/3(Sr)1/3MnO3(x=0～0.20).X射线衍射分析表明,样品为单相钙钛矿菱面结构,不存在其他杂相.扫描电镜照片显示样品的颗粒均匀,平均粒径分布在200～300nm之间.利用振动样品磁强计测量了样品的M-T曲线和居里温度附近的等温M-H曲线,研究了样品的居里温度和磁熵变随Dy掺杂量的变化规律.结果表明,随着Dy掺杂量的增加,系列样品的居里温度降低,磁熵变先增大后减小,在x＝0.05处达到最大.     

Al元素的替代对Gd_2CoSi_2居里温度和磁热效应的影响

通过电弧熔炼制备了Gd2Co Si2-xAlx(x=0,0.1,0.3)系列合金。X射线粉末衍射分析表明该系列合金的主相为具有单斜Sc2Co Si2型结构、空间群为C2/m的Gd2Co Si2相;能谱分析表明在Gd2Co Si2中Al对Si的最大替代量为4 at.%。磁性测量表明:该系列合金的居里温度及最大磁熵变随着Al替代量的增加而减小,在500 Oe外磁场下居里温度分别为226 K、205 K和196 K;在0~20 k Oe磁场变化下的最大磁熵变分别为-1.36、-1.29和-1.23 J/(kg·K)。所有合金的相变类型均为二级磁相变。     

Mn_(50)Ni_(32–x)Cu_xCo_8Ti_(10)合金条带马氏体相变和磁热效应

本文主要研究了Cu取代和退火等因素对全过渡族Mn_(50)Ni_(32–x)Cu_xCo_8Ti_(10)(x=1, 2)合金条带马氏体相变行为和磁热性能的影响.研究发现, Cu取代后,合金马氏体相变温度往低温方向移动,且对Cu含量非常敏感;同时奥氏体铁磁性增强,导致相变前后磁化强度突变增大;发生明显的磁场驱动变磁性马氏体相变;磁熵变随着Cu含量的增加而逐渐增大,尤其是有效制冷能力相对于Cu取代前样品成倍增大.本文以x=1样品研究了退火对马氏体相变的影响,退火后,合金马氏体相变变得缓慢,奥氏体铁磁性减弱,相变前后磁化强度突变减小,磁场驱动变磁性变弱,由此导致磁熵变大幅度减小,但由于制冷温区成倍增大,致使有效制冷能力几乎不减小.本文从过渡元素取代导致3d电子之间相互作用的改变和退火导致γ相的析出分别讨论了Cu取代和退火影响合金马氏体相变的物理机制.     

取向多晶Mn_(1.9)Co_(0.1)Sb的磁弹性相变和巨各向异性磁致应变效应

Mn_2Sb基合金磁弹性相变附近具有丰富可调的磁功能性质,再加上其低廉的成本,在很多领域都具有潜在应用,然而合金有关磁致应变的研究和报道仍然非常少.本文利用合金在电弧熔炼过程中,由于快速冷却而产生强烈温度梯度,从而导致晶体生长出现高度择优取向性,制备出取向性的Mn_(1.9)Co_(0.1)Sb多晶合金. X射线衍射和热磁测量都表明合金晶粒沿着特定晶体学方向生长.等温磁化曲线表明合金发生了明显的磁场驱动变磁性相变,且变磁性行为随测量温度的降低越发明显.利用标准的电阻式应变片方法直接测量了其磁致应变效应,获得了测量方向分别平行和垂直于织构方向高达0.246%和-0.11%的巨各向异性磁致应变值.该磁致应变效应主要起源于合金磁场诱导变磁性相变附近各向异性的晶格畸变.     

(Dy1-xGdx)Co2的磁熵变研究

通过磁性能测试，对金属间化合物(Dy1-xGdx)Co2(x＝0，0．1，0．2，0．4，0．6)的磁熵变和磁相变进行了研究．结果表明，该化合物的居里温度随Gd含量增加呈线性提高，而其磁熵变则降低．磁熵变下降的主要原因是Gd替代Dy后化合物的磁相变由一级相变转变为二级相变．由于这种化合物在较宽温区内具有可观的磁熵变，也探讨了它用作近室温磁制冷工质的可能性．