(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.     

(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．     

双层钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁性和磁熵变研究

本文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,并对其磁性和磁卡效应进行研究.研究表明:在低温部分出现反铁磁和铁磁相互竞争,在三维铁磁有序转变温度(T_c~(3D)≈75 K)至二维铁磁转变温度(T_c~(2D)≈227 K)范围内出现铁磁顺磁共存;此外,在T_c~(3D)附近,出现了较大的磁熵变,当外加磁场为1 T时其最大磁熵变值为1.69 J/(kg K),这表明该材料可能适合在液氢温区内作为一种磁制冷材料.     

磁制冷循环与磁工质的选择原则

磁循环和磁工质的选择对于磁制冷的成败与否是至关重要的。本文的主要目的是讨论磁工质所必要的磁学和热学特性以及探讨适合于不同温区的磁循环。文章首先给出了铁磁或顺磁材料的随温度和外场而变化的磁熵的计算结果,以及此类材料的晶格熵随德拜温度而变化的关系。在熵分析的基础上,就可得出磁工质和磁循环的遣择原则。本文还讨论了分别适用于低于20K,20～77 K,近300K三温区的磁工质的选用。最后,文章指出,高效制冷工质和蓄冷器是获得室温磁制冷的关键所在。     

磁制冷材料与技术的研究进展

基于磁相变的磁制冷技术是极具应用潜力的固态制冷技术之一,该技术具有节能高效、绿色环保、稳定可靠等优点,对于实现制冷产业转型升级具有非常重要的意义.磁制冷技术经过数十年的研究积累,在材料和系统方面均取得了一定的成果,发现了许多非常具有实用价值的磁制冷材料,设计出多种高效制冷系统结构.这些研究成果推动着磁制冷技术的实用化进程.本文介绍了磁制冷的热力学过程、磁制冷材料和技术的研究进展.重点介绍了几种具有应用前景的磁热效应材料研究成果,室温磁制冷材料主要包括Gd基、La-Fe-Si、Mn基等系列.其中La-Fe-Si系列是我国具有自主知识产权的材料,是具有重要应用前景的磁制冷工质之一;低温磁制冷材料主要包括稀土二元、三元、四元金属化合物、稀土金属氧化物.描述了室温和低温制冷技术,分析了不同类别系统的结构特性.最后,展望了磁制冷材料和技术未来的发展趋势.     

磁性弛豫铁电体CdCr2S4的磁熵特性研究

磁性弛豫铁电材料是指在一定温度范围内同时具有弛豫铁电性和铁磁(反铁磁)序的材料,弛豫铁电性和磁有序的共存使其存在内禀的磁电效应.实验上已经测出在外加磁场情况下磁性弛豫铁电材料CdCr2S4具有巨大的磁熵效应,但是理论上还没有具体解释这一现象.本文分别运用球形无规键-无规场模型(SRBRF模型)和海森堡模型(Heisenberg模型)来描述铁电子系统和磁子系统,并且考虑了两个子系统之间的耦合相互作用,研究了外加磁场及温度的大小对磁性弛豫铁电材料CdCr2S4的磁熵变化及绝热温度差的改变.研究表明,磁熵变化及绝热温度差都在磁相变温度附近具有最大值,我们的理论研究结果很好地解释了实验现象.     

不可逆回热式磁Brayton循环制冷性能的理论及数值研究

基于统计理论推导的铁磁材料的磁热参数,建立了不可逆回热式磁Brayton循环数学模型.对于顺磁材料作工质的情形,获得了循环放热量QH、制冷量QC、回热量及性能系数δCOP的表达式的解析解.以铁磁材料钆作工质为例,数值研究了循环室温区的制冷性能,考察了归一化温度α、回热不平衡量QR及磁化过程不可逆度η对循环有效制冷量Qeff,C及δCOP的影响,并获得了不同外部磁场H1条件下循环最大温跨δT,max.数值结果显示:Qeff,C随α的增加而增加;当α≥0.6或QR≥0时,循环均能获得良好的制冷性能;磁化过程的不可逆因素会使得δCOP迅速下降.     

稀土RET_2X_2材料的磁性与磁热效应研究

利用磁性材料磁热效应实现的磁制冷技术因其具有环保高效等优点,是未来颇具潜力的一种新型制冷方式.磁制冷技术能否替代现有制冷技术的一个关键因素是能否找寻和设计适合在不同温区的高性能磁制冷材料.稀土金属间化合物材料的磁性与磁热效应的研究是当前该领域的研究热点之一.其中,具有中心对称ThCr_2Si_2型晶体结构的三元稀土金属间化合物RET_2X_2(T=3d, 4d或5d过渡金属; X=B, P, Si, Ge等)因其独特的物理与化学特性而引起了研究者的关注.本文简要回顾了REMn_2(Si, Ge)_2, RERu_2(Si, Ge)_2及RECo_2B_2等金属间化合物的晶体结构、磁性及磁热效应等方面的研究进展,对材料的磁相变与磁热效应进行了总结,其中一些材料在低温下表现出优异的磁热性能,在低温磁制冷领域具有较好的应用前景.     

近室温磁制冷工质的研究现状与发展前景

基于稀土-过渡族金属间化合物Gd-Si-Ge系合金及钙钛矿型猛氧化物的磁热效应及其巨磁热效应机理,对近室温磁制冷材料的研究现状及材料与磁制冷技术的发展前景进行了分析.     

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.     

GdZn合金的磁熵效应研究

Gd Zn稀土合金在磁场为 1 .5特斯拉 ,温度为 2 5 0～ 30 0 K范围内 ,具有较大的磁熵变 .Zn元素的加入会使合金的磁熵变温区变宽 ,且随着元素 Gd和 Zn的比例不同 ,合金的居里温度、磁熵变最大值以及温区宽度都有相应的变化 .     

强磁场凝固的MnCoSi基磁致伸缩材料

MnCoSi合金在磁场驱动的反铁磁相到铁磁相的变磁性相变过程中伴随着较大的晶格畸变,预示着这类合金是潜在的磁致伸缩材料.通过掺杂少量Ni元素将MnCoSi基合金的三相点调节到290 K,同时降低变磁性相变的临界磁场.利用强磁场凝固制备出取向并且致密的Mn_0.98Ni_0.02CoSi合金块材.观察到室温附近低场可逆的各向异性大磁致伸缩效应,尤其在300 K时2 T磁场作用下的磁致伸缩达到0.19%.该研究为拓宽磁相变合金以及强磁场的应用领域提供了实验依据.     

铁磁应变玻璃及其物理特性

铁磁应变玻璃是近年来在掺杂缺陷的Ni-Mn-Ga, Fe-Pd和Fe-Ni-Cr等铁磁马氏体合金体系中发现的新玻璃现象,其本质是短程晶格应变有序和长程磁有序共存的冻结态.铁磁应变玻璃的基本结构单元是磁性纳米马氏体畴,具有转动能垒小的特点;它们在母相基体中缓慢生长、跨越很宽温区,且母相基体和纳米畴的模量随温度呈现相反的变化趋势,这些特性可导致低场驱动大磁致伸缩效应和Elinvar效应,在微型驱动传感器和精密机械中有重要应用价值.本文主要介绍了铁磁应变玻璃的宏观物理性质、微观结构特征以及功能特性;通过Ni-X-Mn-Ga(X=Co, Fe)体系的相图,阐明了铁磁应变玻璃的形成过程,以及它与马氏体相、预马氏体相的关系.此外,本文还介绍了在铁磁马氏体/铁磁应变玻璃相界区出现的奇异相变行为——铁磁应变玻璃的自发马氏体相变.基于铁磁应变玻璃的材料设计,有望为磁性材料的性能突破和功能开发带来新机遇.     

2013-09 封面图片说明——稀土锰氧化物掺杂材料的电磁特性

 钙钛矿型化合物具有十分重要的铁电压电、高温超导、光子非线性、庞磁电阻、磁致冷和催化等性质.在庞磁电阻材料研究中,具有钙钛矿结构的稀土掺杂锰氧化物材料是数十年来凝聚态物理研究的重要领域.由于其载流子自旋极化率接近100%,且在铁磁转变居里温度附近表现出庞磁电阻效应引起人们的广泛兴趣,而镧系稀土锰氧化物更是备受关注.研究发现,多晶锰氧化物在较低磁场下仍然能够表现出较好的低场磁电阻效应.近年来,发展前景良好的磁致冷工质材料,钙钛矿结构稀土锰氧化物的磁卡效应研究再次引起广泛关注.大部分稀土元素的磁矩都很高,有利于产生大的磁熵变,但居里温度偏低.人们普遍认为,利用掺杂使锰氧化物的居里温度接近理想值,同时又保持其具有大的磁熵变这一特点,有可能取得新的突破.     

非晶态Fe-Zr-B-Dy合金的制备与磁热性能

非晶态磁热合金材料可以在很宽的温度范围内实现较大的磁制冷容量,其中铁基非晶态磁热合金因其具有近室温的磁熵变区间和低廉的成本受到广泛关注.本文通过感应熔炼铜辊甩带的方法成功制备出了一系列Fe_89?xZr₇B₄Dy_x(x=1,2,3,4)非晶态合金,并对其非晶形成能力和磁热性能进行了系统测试和分析.随着Dy含量的增加,该合金的玻璃形成能力得到改善,居里温度从296 K增加到334 K.磁熵变峰值和制冷能力也随着Dy含量的增加单调增长,在3 T的外加磁场下,Fe85Zr7B4Dy4合金的最大磁熵变达到了2.45 J K^?1 kg^?1,制冷能力为235 J kg^?1,相对于三元Fe-Zr-B体系,同一磁场下的磁熵变峰值提高60%以上.该非晶态合金原材料成本低廉,其磁热性能随着成分变化可以调控,居里温度远低于玻璃转变温度,能够保证材料在使用过程中的结构稳定性,有成为近室温的磁制冷工质的潜力.     

高自旋BC模型基态相变的研究

采用相关有效场理论,对具有正方点阵结构的S=2横向BC模型,推导出系统的磁矩公式,并利用数值计算方法得到了基态相图。研究发现三种相变线将相图分成三个区域:有序铁磁相O1、有序铁磁相O2及无序顺磁相P,一级有序-有序相变线将铁磁相分成了O1及O2,并使铁磁相O2的区域非常狭窄。     

NdNi4-xCoxCu系列化合物的磁性和磁热效应

对Nd Ni_4-xCo_xCu系列化合物的制备工艺、晶体结构和磁性进行研究。用电弧熔炼和热处理法制备Nd Ni_4-xCo_xCu（x=0,1.0,1.5,1.7,1.9,2.0,2.1,2.3,3.0,4.0）系列化合物样品，对X射线衍射数据精修后分析发现，该系列化合物为单相材料，晶体结构为Ca Cu₅型六角结构，空间群为P6/mmm，并给出精修图谱和精修后的XRD衍射图。磁性测量分析表明，该系列化合物发生自旋重取向现象和由铁磁到顺磁的转变，居里温度随着Co含量的增加而升高，该系列化合物的居里温度具有可调性。利用热力学麦克斯韦关系，从系列等温磁化曲线确定了样品的等温磁熵变随温度和磁场变化的关系。在外场强度3 T的条件下，当x<2时，其最大等温磁熵变值随着Co含量的增加而降低，当x>2时最大等温磁熵变值随Co含量的增加再次降低。外场强度1 T条件下，Nd Ni₂Co₂Cu样品的相对制冷功率（RCP）为128 J/kg。     

FeMnP_(0.83)Ge_(0.17)化合物声子谱与热力学性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,研究了FeMnP_(0.83)Ge_(0.17)化合物晶格结构参数、声子模式及热力学性质随磁性状态和Ge原子占位的变化规律.铁磁(FM)态下Ge占不同的晶位时能量差ΔE_(1b-2c)较大,顺磁(PM)态下ΔE_(1b-2c)很小,说明在顺磁态下Ge原子占位偏好不明显.铁磁-顺磁相变过程中的声子模式演化强烈地依赖于Ge原子占位.Ge占1b晶位时,磁性相变引起声子模式强化,且振动熵变ΔS_(vib)为负值,Ge占2c晶位时声子模式软化因而ΔS_(vib)为较大正值,其数量级磁熵变相同.     

纳米磁性体系的增强磁热熵效应 Ⅱ.基于实验测量及分子场理论推导

通过实验测量不同团簇尺寸下的纳米Gd材料的磁热熵效应 .结果表明在纳米尺度下 ,Gd材料具有增强的磁热熵效应并对应于最佳纳米尺寸 .实验结果直接证实了用统计力学理论及MonteCarlo方法处理模拟结果 .当纳米团簇尺寸减小时 ,伴随着磁热熵变ΔS的增加 ,超铁磁 -超顺磁转变温度tSC发生下降偏移 .采用分子场理论 ,导出了增强磁热熵变ΔS与温度偏移因子 (1-t) - 1 / 2 满足很好的标度关系ΔS～ (1-t) - 1 / 2 .     

Mn_（50）Ni_（39）Sn_（11-x）Al_x合金的磁相变及磁卡效应

Ni-Mn基铁磁Heusler合金的巨大磁卡效应使其在磁制冷方面具有良好的应用前景.磁熵变是磁卡效应的重要量度,根据麦克斯韦关系,磁熵变不仅与马氏体相变前后磁矩的变化大小△Msf有关,而且与马氏体相变温度跨度（Martensitic Transition Temperature Range,MTTR）有关.本文中,我们制备了Mn50Ni39Sn11△xAlx（x=0,1,2）系列合金样品,发现随着Al含量的升高,虽然△Msf减小,但MTTR随Al含量增加的减少更快,使得（△Msf/MTTR）值增大,从而获得较大的磁熵变△SM.以上结果表明除增大△Msf外,降低MTTR值也是提高材料磁卡效应的有效方法.