室温磁制冷磁性材料磁热效应论文
磁制冷技术
磁制冷技术摘要：传统压缩制冷技术广泛应用于各行各业，形成了庞大的产业，但它存在两个明显的缺陷：制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。
根据蒙特利尔协议到 2000 年将全面禁止氟利昂的生产和使用，使制冷行业面临一场变革。
现在大力研究开发的无氟替代制冷剂，基本上可以克服破坏大气臭氧层的缺陷，但仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷，而且有的还会产生温室效应等，不是根本解决办法。
磁制冷因具有高效节能、无环境污染、运行可靠、尺寸小、重量轻等优点，且完全具有替换气体压缩制冷的可能，引起了广泛的关注。
所谓磁制冷,即指借助磁制冷材料（磁工质）的磁热效应(MagnetocaIoric Effect，MCE），在等温磁化时向外界排放热量，退磁时从外界吸取热量，从而达到制冷目的。
关键词：磁制冷、无污染、高效节能引言：磁制冷技术是一种极具发展潜力的制冷技术。
其具有节能、环保的特点。
作为磁制冷技术的心脏，磁制冷材料的性能直接影响到磁制冷的功率和效率等性能。
根据蒙特利尔协议，到2000年将逐步禁止氟利昂的生产和使用，使氟利昂压缩制冷面临困境。
磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势：无环境污染：由于工质本身为固体材料以及可用水来作为传热介质，消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；高效节能：磁制冷的效率可达到卡诺循环的30% ~ 60%，而气体压缩制冷一般仅为 5 % ~ l0%，节能优势显著；易于小型化：由于磁工质是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化；稳定可靠；由于无需压缩机，运动部件少且转速缓慢可大幅降低振动与噪音，可靠性高，寿命长，便于维修。
1976年美国国家航空航天局的G.V.Brown[2]首次将磁制冷技术应用于室温范围，采用金属Gd作为磁制冷工质，在7T的超导磁场和无热负荷的条件下获得了47K的温度差。
室温磁制冷技术的研究进展
( 4)
G p
T, B
( 5) ( 6) ( 7) NhomakorabeaG B G T
T, p
B, p
=
M( T , B) T
B, p
( 8)
36
沈阳师 范大学学报 ( 自然科学版 )
Bf Bi
第 29 卷
Sm( T , B ) = 根据热力学第二定律 , 得 : dS dT 磁系统在外磁场变化 B 时的熵变为 :
图 2 磁 热效应 S- T 示意图 [ 3]
以, 施加磁场 ( 磁化 ) 时 , 磁熵 S M 减小, 使得 S L 增大, 从而使材料温度升高。退去磁场时 , 磁熵 S M 增 。
热力学中, 熵是微观粒子混乱程度的量度 , 所以磁熵是磁性物质磁有序的量度, 材料的磁有序的改 变引起磁熵的改变, 从而引起温度的变化。 熵是状态函数, 对于一个封闭系统 , 对熵的全微分可表达为 : dS = S T
变化下 , 磁熵变随温度的变化曲线 [ 11]
第1期
郝
爽等 : 室温磁制冷技术的研究进展
37
化[ 7-
10]
。从图 5 中可以看到, 样品合金在 277 K, 0~ 5 T 的磁场变化下, 获得磁熵变为 14 J/ kg ∋K 。样
品合金在 278 K, 0~ 2 T 的磁场变化下 , 获得 18 J/ kg ∋K 的大磁熵变。 虽然合金在 278 K, 0~ 2 T 的磁场变化下, 获得了较大的磁熵变 , 但是其磁热效应的最大值所对应 的温度略低于室温, 真正实用的室温磁制冷机应该在 320 K 左右。再者, 由于结构转变同构建单元的滑 移有关 , 界面的杂质对结构转变敏感。一级转变所得的磁热效应大小取决于所用材料的纯度以及样品 的制备过程[ 11] 。 2. 1. 2 Heusler 合金 铁磁性 Heusler 合金在马氏体转变附近发现 了 巨磁热效应。其中以 Ni- Mn- Ga 体系研究的最为 广泛。Ni- M n- Ga 在 376 K 以下为铁磁性有序, 磁 矩为 4 17。在此转变温度附近 , 可以观察到低磁场 下大的磁化强度的改变 , 这种改变是同此晶各项 异 性相联系的 , 会导致中等的磁熵的改变, 在单晶时大 大增 强 。此 外, Ni - M n - Sn , N i - M n In[ 16] , Ni- M n- Sb [ 17] 中也观察到了大的磁热效应。 从图 6 可以看出在 5 T 的磁场变化条件下, Ni- M n - Ga( x = 0 13 的最大等温磁熵变为 18 J/ kg∋K 。
磁热效应和室温稀土磁制冷材料研究现状
型节 能环保 的制冷设备将在 人们 的生活 中广泛应 用。因此 ， 磁
制冷技术 和新 型室 温磁制 冷材 料 的研发 成 为各 国竞相 开展 的
ｒ ｆ ｉ ｅ ａ ｔｍａ ｅ ｉｌ ａ ｏ ｍ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｏ ｔｉ ｅ ． ｅ ｒｇ ｒ ｎ ｔ ｒａｓ ｔｒ ｏ ｔｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｕ ｌ ｄ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｍ ａ ｎ ｔ ｃ ｌ ｒｃ ｅｆ ｃ ，ｒ ｒ ａ ｔ ｇ ｅ ｏ ａｏ ｉ ｆ ｅ ｔ ａ ｅ ｅ ｒｈ，ｍａ ｎ ｔ ｅ ｒｇ ｒ ｔ ｎ ｇ ｅ ｉ ｒ ｆ ｉ ｅ ａ ｉ ，ｍａ ｎ ｔｃｅ ｔｏ ｙ ｃ ｏ ｇ ｅ ｉ ｎ ｒ ｐ
ｐ ｏ ｅｔｅ ｆｄｆｅｅ ｔｍａｅｉｌ ａ ｅｃ ｍ ｐ ｒ ｄａ ｄａ ｐ ａｓｄ ｂ ｉｆｙ Ｔｈ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｐｏ ｐ ｃ ｆｒ ｒ ａ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ｉ ｒｎ ｔｒａｓ ｒ ｏ ａ ｅ ｎ ｐ ｒｉｅ ｒｅｌ． ｆ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｒ ｓ ｅｔｏ ａ ｅｅ ｒｈｍ ｇ ｅｉ ｃ
Ｍ Ａ ｉｎ ｏ ＨＡＮ ｎ ｚ ｏ ｇ，ＺＨＯＵ ｅｐｎ Ｊａ ｂ ，Ｚ Ｙｏ ｇ ｈ ｎ Ｗ ｉｉｇ，ＨＵＡＮＧ ｏ ｕ， Ｇｕ ｒ ｉ
ＬＩ Ｙｏ ｌ ｎ ，Ｌ Ｎ ａｈ ｎ Ｕ ｕ ｉ ｇ Ｉ Ｚ ｉａ ａ
（ ｙＬａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｎ ｅ ｒ ｕ ｅａ ａｅｉｌ ａ ｄ Ｎｅ Ｐｒ ｃｓ ｉｇ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙｏ ｉｉｔｙｏ ｄ ｃ ｔ ｎ，Ｃｏｌｇ ｆ Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆＮｏ ｆｒｏ ｓＭ ｔｌ Ｍ ｔｒ ｓ ｎ ｗ ｏ ｅｓｎ ｃ ｎ ｌｇ ｆＭ ｎｓｒ ｆＥ ｕ ａ ｉ ａ ｏ ｌ ｅｏ ｅ Ｐｈ ｓｃ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ， ａ ｇ ｉ ｉｅｓｔ ｙ ｉｓＳ ｉｎ ｅａ ｄＴｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｇｕ ｎ ｘ ｖ ｒｉ Ｕｎ ｙ，Ｎａ ｎｎ ３ ０ ４ ｎ ｉｇ ５ ０ ０ ）
磁热效应的研究
(GdxDy1-x)12Co7磁热效应的研究摘要：因为本身具有节能、环保等突出优点，温室磁制冷技术越来越受到人们的关注。
磁制冷材料作为其中的关键技术，其发展具有十分重要的作用。
本文首先就磁制冷的基本原理、磁制冷材料的发展等问题做了简要概述。
本文通过X射线衍射和磁性能测量研究了(GdxDy1-x)12Co7（x＝0.3，0.5，0.7，0.8）系列合金的相结构和磁热效应。
其结果表明，所有试样均为单斜晶体，随着Gd成分的增加，合金的居里温度从92K到142K呈线型增加。
在外加磁场为2Td的情况下，(GdxDy1-x)12Co7（x＝0.3，0.5，0.7，0.8）系列合金的最大磁熵变为6.93 J/kg·K。
通过对合金的XRD图谱及M-H图与Arrott图分析，表明合金存在通过从二级相变转变成一级相变的现象。
关键词：(GdxDy1-x)12Co7 体系；磁熵变；磁热效应Study of Magnetic Entropy Change In(GdxDy1-x)12Co7 CompoundsAbstract :Magnetic refrigeration technology at the room temperaturehas attacted more and moer people's attention due to its advantages involing in energy saving, environmental protection. To be key issue, magntic refrigeration material has played an important role in the technology.Firstly the article briefly introduces the basic principle, the development of magetic re frigerants. The phase structure and magntocaloric effect of the (GdxDy1-x)12Co7（x ＝0.3，0.5，0.7，0.8）alloys were investigated by X-ray diffraction analysis and magnetization measuremen t. The samples are monoclinis with the increase of Gd content, Tc increase from 92K t o 142K, and the maximum magnetic entropy change |ΔSM max| was 6.93 J/kg·K.unde r the low magnetic of 0-2T.X-ray ,M-H plots and Arrott plcts show the magnetic chan ge from SOT to FOT.Keywords : (GdxDy1-x)12Co7 system;Magnetocaloric Effect; Magnetic refrigerati on目录引言.......................................................................................................................... (1)一．磁制冷的基本概念 (1)（一）磁热效应 (1)（二）进行简单的描述 (2)（三）中垂直的箭头 (2)二．磁热效应的测量方法 (3)（一）直接测量法 (3)（二）间接测量法 (4)三．本文研究方案、主要研究内容、拟解决的关键问题及技术路线 (4)（一）主要研究内容 (4)（二）实验设计及试验方法 (5)（三）居里点的测定 (6)（四）磁热效应的测定 (7)（五）通过测定磁比热温度曲线间接计算磁熵变和绝热温度变化 (7)四．实验结果与分析............................................................................................. ...... (8)（一）相分析 (8)（二）居里温度 (8)（三）磁熵变分析 (8)五．结论 (9)参考文献 (10)引言传统气体压缩制冷技术已经被广泛应用与家用电器、工业生产、航空航天、国防、地球物理探测等领域。
磁制冷材料及其发展前景
磁制冷材料及其发展前景摘要：本文简要介绍了磁制冷的原理、历史,简述了磁热效应的表征,概述了近年来各室温磁制冷材料的研究进展及最新研究成果，展望了室温磁制冷材料的发展趋势。
关键词：磁致冷材料，磁热效应，稀土，发展前景Magnetic refrigeration Materials And It’sDevelopment prospectAbstract:The basic principle and history of magnetocaloric effect (MCE) have been introduced.The metods how to express the MCE have summerized.The development of room temperature magnetic refrigerants has been reviewed and the developmenttrend of magnetic refrigerant has been provided.Key words:Magnetic refrigerant,Magnetocaloric effect change,Rare earth，Development prospect引言磁制冷是指以磁性材料为工质的一种新型的制冷技术,其原理是利用磁制冷材料的磁热效应,即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量,绝热退磁时从外界吸收热量,从而达到制冷的目的。
磁制冷与传统制冷技术相比具有对臭氧层无破坏作用、无温室效应、噪音小、可靠性好、效率高(可达30%～60%)等优点,因而被誉为绿色制冷技术[1]。
1 磁制冷的历史1881年Warburg首先观察到金属铁在外加磁场中的热效应。
1907年，Langevin第一次展示通过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。
1926年Debye，1927年Giuque两位科学家分别从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论后，极大地促进了磁制冷的发展。
铁磁制冷材料的开发与性能优化研究
铁磁制冷材料的开发与性能优化研究铁磁制冷材料是一种有望取代传统制冷剂的新型材料，它能够在低温下通过磁场改变材料的温度，从而实现制冷效果。
在过去的几十年中，铁磁制冷材料的开发和性能优化一直是研究者关注的焦点。
本文将介绍铁磁制冷材料的原理、开发进展以及性能优化的方法。
铁磁制冷材料利用磁场来改变材料的热力学性质，从而实现制冷效果。
当该材料置于磁场中时，材料中的磁矩会与磁场相互作用，导致材料温度发生变化。
这种磁矩与磁场之间的相互作用是通过磁热效应实现的。
在外部磁场的作用下，材料发生磁热效应，吸热或放热，从而实现温度的改变。
铁磁制冷材料的开发已经取得了一些重要进展。
研究者们已经成功合成了多种铁磁制冷材料，并测试了它们的性能。
其中一种常见的材料是基于铁磁体的制冷系统，这种材料能够在常温下实现制冷效果。
此外，还有一些通过调节铁磁材料的成分和结构来实现性能优化的研究。
在铁磁制冷材料的开发中，性能优化是一个关键的研究方向。
为了提高材料的制冷效果，研究者们采取了多种方法。
首先，他们通过优化材料的成分和结构来改变材料的磁热性能。
例如，研究者们可以通过调整磁矩的大小和方向来改变材料的磁热特性，从而提高制冷效果。
其次，研究者们还通过改变材料的微观结构来改善其磁热性能。
例如，他们可以通过控制晶粒的大小和分布来调节材料的磁热特性。
此外，还有研究者通过引入微观缺陷或界面来增强材料的磁热效应。
所有这些方法都旨在提高材料的制冷效果，使其更加适用于实际应用。
除了改变材料的成分和结构外，优化外部磁场也是提高铁磁制冷材料性能的重要方法。
研究者们通过优化磁场的强度和方向来改变材料的磁热特性。
例如，他们可以调节磁场的强度，使得材料在不同温度下具有最佳的制冷效果。
此外，还可以通过改变磁场的方向来优化材料的磁热性能。
这些方法不仅可以提高材料的制冷效果，还可以减少能源消耗，实现绿色低碳制冷。
总结起来，铁磁制冷材料的开发与性能优化是一个具有挑战性的研究领域。
磁制冷技术
磁制冷技术
磁制冷技术是一种新兴的制冷技术，它利用磁场来实现制冷效果。
与传统的压缩式制冷技术相比，磁制冷技术具有许多优势，包括能耗低、环保、无噪音等特点，因此备受关注。
在磁制冷技术中，磁场被用来控制磁性材料的热力学性质，从而实现制冷的目的。
通过改变磁场的强度和方向，可以控制磁性材料在磁热偶效应下的温度变化，从而实现制冷。
这种制冷原理既简单又高效，可以广泛应用于制冷设备中。
磁制冷技术的应用领域非常广泛，包括家用电器、医疗设备、航天器等。
在家用电器中，磁制冷技术可以用于制作节能环保的冰箱、空调等产品，大大降低能耗，减少对环境的影响。
在医疗设备领域，磁制冷技术可以用于制作超导磁体，帮助医生进行磁共振成像等诊断技术。
在航天器领域，磁制冷技术可以用于制作太空探测器的制冷系统，确保设备在极端环境下正常工作。
磁制冷技术的发展离不开材料科学的进步。
磁性材料的研究和开发是推动磁制冷技术发展的关键。
目前，已经有许多新型磁性材料被应用于磁制冷技术中，比如铁磁性材料、铁磁形状记忆合金等。
这些材料不仅具有良好的制冷性能，还具有稳定性高、成本低等优点，为磁制冷技术的广泛应用打下了基础。
随着社会的发展和人们对环保节能的重视，磁制冷技术必将在未来
得到更广泛的应用。
作为一种新兴的制冷技术，磁制冷技术不仅可以提高能源利用效率，还可以减少对环境的污染，是一种具有巨大潜力的技术。
我们期待未来，磁制冷技术能够不断创新发展，为人类创造更加舒适、环保的生活环境。
唐永柏 等：室温磁制冷高场强永磁磁路 - 磁热效应是指磁致冷材料
(1. Department of Metallic Materials, Sichuan University, Chengdu 610065, China； 2. Southwestern Institute of Applied Magnetics, Mianyang 621000, China) Abstract： In this paper, based on hollow cylindrical flux source, the high field strength permanent magnetic circuit for room-temperature magnetic refrigerator have been designed and fabricated. The field strengths in the center of working space are calculated and measured. The values are all more than 1.5T. Key words： magnetocaloric effect； room-temperature magnetic refrigeration； permanent magnetic circuit
∂M ∆S M = ∫ dH ∂T H 0 ∆Tad = ∫ −
0 H H
2
中空圆柱形磁场源
在室温磁制冷中，简单的永磁磁路设计方法就
是把两块永磁材料互相平行地对放，形成磁体的两 极 [6] 。在两极的间隙之间产生一定的磁场，磁工质进 出磁场，进行磁化、退磁。但这种方式所提供的场强 远不能满足室温磁制冷的需求。为了提高场强，人们 又使用高磁导率的软磁材料贴在永磁体的两端， 形成 有磁轭的磁体回路[7]。但产生的场强要超过永磁材料 的剩磁仍很困难。 H.A.Leupold[8~13] 等人应用永磁块排列成一中空 圆柱形磁场源，在圆柱孔内（气隙）所产生的场强超 过了永磁材料的剩磁 Br， 图 1 给出了这种中空圆柱形 磁场源，图中箭头表示磁块充磁方向。该设计是基于 Halbach[14]的旋转定理（rotation theorem） ，每个永磁 块充磁后的磁化矢量的大小一定， 方向按一定的角度 进行改变。最后通过永磁块之间的磁力线互相约束， 在圆筒孔内产生高的均匀场。 在圆筒孔心处的最大磁 通密度 B 为
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Zn替代Ni-Mn-Sb与（Ce，Dy）Fe_2的结构、磁性及磁热效应研究【摘要】随着人们对环境和能源的日益重视,室温磁制冷技术以其节能环保的特点成为一项极具开发潜力的高新制冷技术。
磁制冷技术是以磁制冷材料为工质的一项制冷技术,其基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应,通过磁化和去磁过程的反复循环而达到制冷目的。
因此,寻找可获得巨磁热效应的磁制冷材料成为磁制冷技术的关键所在。
本文系统地研究了Ni49-xZnxMn39Sb12 (x=0,2,4)系列合金和
Ce1-xDyxFe1.9(x=0,0.02,0.05,0.1,0.15)系列样品的结构、磁性及磁热效应的研究,得到了大的磁热效应。
并对另外3个体系的样品进行了结构表征。
本文采用磁控电弧熔炼和真空退火法成功制备了
Ni49-xZnxMn39Sb12 (x=0,2,4)系列样品。
X射线衍射分析揭示,x=0的样品对应马氏体,为正交的四层40(22)结构；x＝2,4样品的XRD衍射峰均对应立方L21的奥氏体。
磁性研究表明,样品x=0在299 K为从铁磁性到顺磁性的转变,352 K为马氏体结构相变；样品x=2,在291 K发生马氏体结构相变,居里温度为348 K；样品x=4在265 K发生马氏体结构相变,居里温度为363 K。
在5... 更多还原
【Abstract】 Nowadays, due to requirements of environment
protection, magnetic refrigeration technology becomes more popular. It is a high-tech and environmental protecting technique in the field of refrigeration, which is a potentially promising technique. Magnetic refrigeration is based on
magnetocaloric effect (MCE), which is intrinsic to any magnetic material. Magnetic refrigeration is achieved through the magnetic entropy change, which is caused by the magnetic moment order changing due to appling magne... 更多还原
【关键词】室温磁制冷；磁性材料；磁热效应；
【Key words】room temperature magnetic refrigeration；magnetic material；magnetocaloric effect；
中文摘要4-5
Abstract 5-6
第一章绪论9-25
一、磁热效应的物理基础及应用9-18
(一) 磁热效应的物理基础9-13
(二) 磁制冷循环13-15
(三) 磁制冷样机15-18
二、Ni-Mn-X铁磁性形状记忆合金的研究概况18-21
(一) Ni-Mn-X合金的晶体性能与结构18-19
(二) Ni-Mn-X合金的马氏体相变行为19
(三) Ni-Mn-X合金的磁热效应19-21
三、Laves相RFe_2的研究概况21-24
(一) Laves相RFe_2的晶体结构21-22
(二) Laves相AB_2的磁性能22-24
四、本论文研究的目的、意义及主要内容24-25
(一) 本论文研究的目的、意义24
(二) 本论文研究的主要内容24-25
第二章实验方法及测量25-31
一、合金铸锭的制备25-27
(一) 电弧熔炼25-26
(二) 真空退火26-27
二、样品的表征27-31
(一) 样品的物相分析及结构表征27-28
(二) 样品的磁性测量28-31
第三章Zn替代的Ni-Mn-Sb合金的磁性与磁热效应31-38
一、引言31-32
二、Ni_(49_x)Zn_xMn_(39)Sb_(12)体系的XRD图谱分析32-33
三、Ni_(49-x)Zn_xMn_(39)Sb_(12)体系的磁性33-34
四、Ni_(49-x)Zn_xMn_(39)Sb_(12)体系的磁热效应34-37
五、本章小结37-38
第四章Dy替代的Laves相CeFe_2的结构、磁性与磁热效应38-45
一、引言38-39
二、Ce_(1-x)Dy_xFe_(1.9)体系的XRD图谱分析39-40
三、Ce_(1-x)Dy_xFe_(1.9)体系的磁性40-41
四、Ce_(1-x)Dy_xFe_(1.9)合金的磁热效应41-44
五、本章小结44-45
第五章3个体系的XRD的结构分析45-48
一、Mn_(36-x)Ni_(29) Ge_(35+x)样品制备以及XRD结构表征45
二、Mn_(36) Ni_(29-x) Co_xGe_(35)样品制备以及XRD结构表征45-46
三、Ni_(45)Mn_(44)Sn_(10)X样品制备以及XRD结构表征46-48 第六章结论48-49
参考文献。