磁相变材料的热效应表征

基于磁相变热效应的固态制冷是利用外加场驱动相变产生潜热从而实现制冷的技术.因其环境污染小、理论效率高,被认为是最有希望替代当前主流气体压缩制冷的技术.如何准确高效地表征磁相变材料的热效应是固态制冷研究的关键之一.磁相变材料和固态制冷的研究很大程度上依赖于磁相变热效应的表征技术水平.常规的热电偶、量热仪等热效应测试手段难以满足外场施加时复杂样品环境下磁相变热效应表征和深入研究相变机理的需求.因此新表征技术的引入和新表征设备的研制随着磁相变热效应研究的深入也同步发展.特别是近年来,磁相变热效应的表征已经不囿于单一指标、宏观量的测量,不仅表现出多角度、原位化、微观化的趋势,而且有和高通量、机器学习等新方法相结合的特点.本文将从磁热效应、弹热效应、压热效应等单场热效应和多卡效应等方面综述磁相变热效应表征的研究现状,并探讨磁相变热效应表征的未来发展趋势.     

磁相变材料专题·编者按

正相变行为普遍存在于物质世界,是材料学和凝聚态物理领域关注的基本现象和重要课题.经典相变伴随着体系的对称破缺,可以由以序参量为基本热力学参量的朗道相变理论完美地描述.相变过程中,不同物态之间相互转化,伴随着丰富的临界现象.作为固态相变中的一类相变,马氏体相变不发生原子的长程扩散,只有原子的短程位移.温度、应力等外部自由度可以驱动马氏体相变的发生,并对外输出应变、电阻变化、潜热等物理效应.     

基于巨磁阻抗效应表征材料磁结构的模型

研究了一种可用于磁结构表征的基于巨磁阻抗效应分析材料磁结构的模型.在建立巨磁阻抗效应与简化磁结构对应关系模型的基础上,结合磁化矢量正交分解手段,通过调节巨磁阻抗效应与简化磁结构对应关系模型特征参量的方法,获得了各种形状的巨磁阻抗曲线,根据拟合得到的解叠子谱特征,可获知材料内部磁结构的组成和特征.研究结果对于磁性材料内部磁结构的新型表征方法及其内部结构的控制具有重要的意义.     

具有分子双稳性的一维自由基磁相变材料的研究

具有分子双稳性的化合物是实现分子集合体作为新的光开关和信息存储元件的理想分子体系。本文合成苄基吡啶衍生物,研究其分子构象与堆积的关系,并研究了构建—维分子基磁体以及常温常压下的电学、磁学等性质。     

基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁物理场探测新体制

为提高导航、制导与引信等系统的目标探测和抗干扰能力,摆脱对GPS、伽利略等系统的依赖,在阐述非晶丝材料特性及其巨磁阻抗效应概念内涵和分析该领域国内外研究状况基础上,提出了一种基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁物理场探测新体制.讨论了导航、制导及引信等系统要实现基于非晶丝的微磁物理场探测需解决的几个关键技术,分别就非晶丝磁探测基本技术理论、非晶丝磁滞特性及其抑制/补偿技术、非晶丝磁探测器的高灵敏度实现技术、目标探测与识别、非晶丝探测器弹(轨)道环境适应性等问题进行了分析和阐述,并给出了其基本技术途径.最后对该体制的应用前景进行了展望.     

用表面磁光克尔效应测量材料表面磁特性的研究

用表面磁光克尔效应测量铁磁材料的磁滞回线,并求得在饱和状态下的克尔旋转角．对于很多磁性薄膜,易磁轴方向为纵向,通常纵向克尔效应较明显．用自制装置可研究磁性材料表面的磁性质,现此实验已在近代物理实验中应用．     

基于非品丝巨磁阻抗效应的微磁物理场探测新体制

为提高导航、制导与引信等系统的目标探测和抗干扰能力。摆脱对GPS、伽利略等系统的依赖,在阐述非晶丝材料特性及其巨磁阻抗效应概念内涵和分析该领域国内外研究状况基础上。提出了一种基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁物理场探测新体制。讨论了导航、制导及引信等系统要实现基于非晶丝的微磁物理场探测需解决的几个关键技术,分别就非晶丝磁探测基本技术理论、非晶丝磁滞特性及其抑制／补偿技术、非晶丝磁探测器的高灵敏度实现技术、目标探测与识别、非晶丝探测器弹（轨）道环境适应性等问题进行了分析和阐述。并给出了其基本技术途径。最后对该体制的应用前景进行了展望。     

相变存储器材料研究

作为下一代最具竞争力的新型存储技术之一,相变存储技术近十多年来得到突飞猛进的发展,相关产品已经问世并实现量产.伴随着相变存储技术本身的发展,与其相关的基础研究也是近年来信息、材料等相关领域的研究热点.基于硫系化合物材料的相变存储介质是相变存储器的基础和核心,相变材料的性能决定相变存储器的性能.本文简要介绍了相变存储器的产业化动态、总结了常用GeSbTe相变材料及其机理的主要理论研究结果、分析了传统GeSbTe相变材料的C掺杂改性及其相变机理.     

基于MnCoGe基合金的磁热效应与磁结构耦合相变调控机制研究

<正>我校物理与电信工程学院包立夫博士2015年获批国家自然科学基金项目:基于MnCoGe基合金的磁热效应与磁结构耦合相变调控机制研究(项目编号:11504222)。制冷业耗能占社会总耗能的15%以上。日前     

基于力磁耦合效应的金属磁记忆仿真研究

为研究铁磁材料早期损伤和金属磁记忆信号之间的相互关系,结合力磁耦合模型与磁偶极子模型分析了铁磁材料磁导率变化与外加载荷之间的关系,并采用ANSYS Workbench有限元仿真软件中的静力学与静磁学模块对45号钢试件进行了地磁场下的力磁耦合仿真,得到了不同拉伸应力下试件漏磁场强度的变化规律及法向分量B(y)梯度值K的分布规律;研究表明:应力集中区的磁记忆信号随应力呈规律性增加,为金属磁记忆检测技术在铁磁材料应力集中区的检测提供了参考依据。     

具有掺杂界面的磁超晶格的磁相变研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究具有无序掺杂界面的复杂磁性系统的磁特性,重点计算了系统掺杂界面层(ApB1-p)上A类原子的掺杂浓度p及界面交换耦合常数对磁相变的影响.通过模拟,获得了系统的相图以及磁化强度、磁化率等随温度的变化规律.模拟结果表明,纳米磁性薄膜的无序掺杂界面极大地决定了系统的相图.     

复合相变储能材料的研究

相变储能材料能够将能量以相变潜热的形式储藏在其体内,实现能量在不同时空位置之间的转换和有效利用,受到了学者的高度重视.近年来,相变储能材料的研究和应用发展十分迅猛,本文分析了对复合相变储能材料的制备和应用前景.     

材料的相变研究及其应用

Fe-C和Fe-X-C合金马氏体相变热力学的研究成果使结构钢的Ms温度能以热力学预测。建立了铜基合金及Fe-Mn-Si基合金马氏体相变热力学,为铜基和铁基形状记忆合金的成分和工艺设计提供基础。提出了含ZrO2陶瓷Ms温度的热力学计算方法,以及其母相晶粒大小影响Ms的正确表达式,对陶瓷的生产和工业应用都具有意义。修正马氏体变温相变动力学方程,显示低碳钢中影响碳扩散系数的合金元素影响残余奥氏体量,这有利于低碳马氏体组织钢的开发。GCr15轴承钢中残余奥氏体→马氏体的等温动力学研究显示：钢经淬火后,再进行等温处理以形成很少量的等温马氏体,再作回火,提高钢件的尺寸稳定性（经1000d后与淬火-回火比较,在接触疲劳寿命并不降低的条件下（达34%。研究了Ni-Ti、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si基合金及ZrO2陶瓷的马氏体相变及其逆相变特征,揭示了影响这些材料形状记忆效应（SME）的一些因素,并指出了改善SME的途径,有利于这些材料的开发应用。贝氏体相变的热力学研究,观察到生长台阶,母相强化对相变影响的研究以及内耗测量结果,均显示贝氏体相变属扩散型机制。Cu-Zn-Al中加入阻碍Zn和Al扩散的合金元素可能提高形状记忆使用寿命。揭示CeO2-ZrO2中存在贝氏体相变,并与其出现脆性有关。Cu-Zn中β相有序化研究对有序化合金的应用具有实际意义。三元合金spinodal分解判据的建立,对借spinodal分解呈现高阻尼或高强度合金的开发颇具价值。由群论导出呈现晶体学可逆性的条件为形成单变体马氏体。应用孤立子于相变的形核-长大模型初见成效。     

Ni46Mn35Ga19单晶中磁转变和马氏体相变的物理表征及形状记忆效应

NiMnGa是最早发现的铁磁形状记忆合金,是一种新型的形状记忆材料。自发现以来,许多学者对其进行了深入的研究,但对磁转交和马氏体转变共同发生的转变特性却缺乏系统的表征。本文采用多种测量手段,如相变潜热、电阻、交流磁化率和应变测量,对提拉法生长的Ni46Mn35Ga19单晶的磁转变和马氏体相变同时发生的转变行为进行了系统表征;根据合金形状记忆的特点和马氏体变体择优取向的机理,对实验结果进行了分析和讨论。应变测量结果表明,伴随该转变行为,材料展现出应变量达-0．89％的自发双向形状记忆效应和应变量高达-1．90％的磁控形状记忆效应。     

基于膨胀石墨复合相变材料的传热性能研究

以纯石蜡为相变介质,膨胀石墨(EG)为主要的导热骨架,制备导热增强的复合相变材料;搭建可视化的测试平台,通过分析添加材料质量分数对复合材料熔融相变过程的影响,研究在恒热流密度下不同复合相变材料传热性能和传热规律的差异.此外,利用红外热像仪观察熔融过程中指定点的温度分布演变.研究结果表明:添加EG-100可以进一步强化复...     

基于相变材料辛酸-软脂酸的冷藏保鲜研究

利用不同数量相变材料辛酸-软脂酸(质量比9∶1)在时鲜农产品冷藏适宜温度区间-2~8℃冷藏保鲜中产生的作用进行试验。通过相变蓄冷,辛酸—软脂酸能够在其相变温度5℃下保持稳定的冷藏环境,提供冷间更长的有效冷藏时间。该试验结果证明辛酸—软脂酸为农产品的冷藏保鲜提供了必要条件,使得能量的损失更少,而且通过适当用量和合理布局能更好延长保温效果,可以作为时鲜农产品在冷链物流运输中的无动力的冷藏保鲜材料。     

相变效应理论

研究了天体恒星、行星、卫星等宇宙星系的自转和不同步公转而产生观测周期差的主、次要原因及其组成部分,分析了Romer天文学方法测光速理论分析的错误,修正了Romer天文法测光速的光速理论计算公式,讨论了FanHoupeng相变效应理论与Romer天文学测光速理论的关系并计算出精确光速值,建立了FanHoupeng相变效应理论。     

基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

基于相变材料的锂电池保温数值模拟

为保证锂电池在低温环境下的高效运行,利用ANSYS软件建立了锂电池相变材料三维热管理模型,用数值模拟的方法研究了基于相变材料的锂电池在低温环境下的保温性能以及静置后在放电过程中温度的变化。研究结果表明：在环境温度为-10℃、锂电池初始温度为25℃的情况下,包裹相变材料的锂电池温度维持在0℃以上的时间与没有任何保温处理的锂电池相比提高了130%,且保温时间随相变材料导热系数的降低而延长;在相同的包裹厚度（10 mm）下,包裹8 mm相变材料外加2 mm保温材料的锂电池的保温时间比只包裹10 mm相变材料的锂电池提高了20%。包裹相变材料的锂电池在-10℃的低温环境下放置一定的时长后仍能在适宜的工作温度下放电,但当放置时间过长导致锂电池的初始温度降至与环境温度一致后,包裹的相变材料反而会阻碍锂电池的启动。     

重力沉降效应对相变材料融化传热过程的影响

以正十八烷为相变材料,在不同加热功率的等热流边界条件下,对大长宽比矩形储能单元在不同倾斜角度下的相变材料融化过程进行了试验.通过对相变过程中储能单元壁面的温度监测,确定相变材料融化过程中固相重力沉降效应对融化过程的传热强化效果.试验结果表明,当加热功率为60 W、储能单元倾斜角为90°时,作为相变材料的正十八烷的传热效果为最佳.