_Mn_1_x_Co_x_65__省略__0_2_0_5_合金的磁热效应_李福安

第37卷第2期2008年3月内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)Journal o f Inner M ongo lia N o rmal U niversit y (Natura l Science Editio n)V ol.37N o.2M ar.2008收稿日期:2007-06-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(50261003);内蒙古高等学校科学研究项目(NJ05101)作者简介:李福安(1981-),男,江西省南丰县人,内蒙古师范大学硕士研究生;松 林(1954-),男(蒙古族),内蒙古科左后旗人,内蒙古师范大学教授,主要从事磁性材料研究.(M n 1-x Co x )65Ge 35(x =0.2~0.5)合金的磁热效应李福安,松 林,王高峰,哈斯朝鲁,李新文,特古斯(内蒙古师范大学物理与电子信息学院,内蒙古呼和浩特010022)摘 要:在氩气的保护下用熔炼法制备了(M n 1-x Co x )65G e 35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,(M n 1-x Co x )65Ge 35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,(M n 1-x Co x )65Ge 35系列合金的最大等温磁熵变为1.7J #kg -1#K -1.关键词:合金;居里温度;磁熵变中图分类号:O 482.54 文献标识码:A 文章编号:1001--8735(2008)02--0182--03磁致冷是利用固体磁性材料的磁热效应(M ag neto -caloric Effect.M CE)来制冷的一项技术.稀土元素,特别是重稀土元素的4f 电子层有较多的未成对电子,使得原子自旋磁矩较大,可能具有较大的磁热效应,所以稀土金属及其化合物成为室温磁致冷物质的最佳候选材料[1-4].O.T egus 发现[5],过渡族元素合金MnFe(P 1-x As x )具有巨磁热效应,不仅为研究新的致冷材料开辟了一条道路,而且也说明具有巨磁热效应的物质不再局限于重稀土元素及其合金.已有研究表明[6],(Fe,Co x )1.67Ge 和(Fe,Ni)1.67Ge 为铁磁性材料,具有六角结构,空间群为P63/mcm.到目前为止,关于M n 、Co 和Fe 合金磁热效应的研究还比较少.文献[7]研究了MnFe 1-x Co x Ge 系列合金的磁热效应,发现当x =0.8时具有较大的磁热效应.因此,对过渡族系列化合物的结构和磁性,尤其是对其磁热效应进行研究,无论是理论上还是实际应用上都具有重要的意义.为此,本文研究(M n 1-x Co x )65Ge 35(x =0.2,0.3,0.4,0.5)化合物的磁性和磁熵变,希望获得磁熵变较大的M n 基化合物.1 实验方法将纯度超过99%的原料Mn 、Co 、Ge 按化学配比称量后,在高纯氩气保护下在电弧炉中进行熔炼,制备(M n 1-x Co x )65Ge 35(x =0.2,0.3,0.4,0.5)系列合金.将熔炼好的样品封在真空石英管中,在1073K 下热处理2h,然后在冷水中淬火.晶体结构采用X 射线衍射仪(Cu 靶,K =0.11541nm )进行分析,使用美国Lake Shor e-7407型振动样品磁强计进行磁性测量.2 实验结果及讨论图1为(Mn 1-x Co x )65Ge 35(x =0.2,0.3,0.4,0.5)系列合金的X 射线衍射图.分析表明,x =0.2时,样品主相为Mn 5Ge 2正交结构(空间群为Ibam);x =0.3时,主相变为Ni 2In 六角结构,同时还有少量Mn 5Ge 2相;x =0.4,0.5时,样品完全为Ni 2In 六角结构(空间群为P63/mmc),没有其他杂相.图2为(M n 1-x Co x )65Ge 35(x =0.2,0.3,0.4,0.5)系列合金在外场为B =0.05T 下的M -T 曲线,由磁化强度M 对温度T 的导数可得,样品的居里温度分别为250,288,302,275K.从图2可以看出,当样品为六角结构时,具有较大的磁矩,为铁磁排列,当样品为立方结构时,磁矩较小,为反铁磁排列.所有合金由温度引起的相变均为二级相变.第2期李福安等:(M n 1-x Co x )65G e 35(x=0.2~0.5)合金的磁热效应图3为(Mn 1-x Co x )65Ge 35(x =0.3,0.4,0.5)系列合金在居里温度附近的等温磁化曲线,温度间隔为4K.图1 (M n 1-x Co x )65G e 35系列合金的X 射线衍射图 图2 (M n 1-x Co x )65Ge 35系列合金的M -T 曲线图3 (M n 1-x Co x )65Ge 35系列合金在居里温度附近的M -H 曲线图4 (M n 1-x Co x )65Ge 35系列合金在外场为0-1.5T 下的等温磁熵变根据M axw ell 方程$S M =Q H09M 9T Hd H ,(1)可以计算等温磁熵变$S M (T ,H ).其中:$S M (T ,H )为温度为T 时,外磁场由0变到H 所对应的磁熵变;9M 9T H是外磁场不变时样品的磁化强度对温度的偏导数.在实验中,等温磁熵变可以通过测量不同温度下的磁化曲线或不同磁场下的热磁曲线近似得到,计算公式为-$S M =E M i -M i+1T i+1-T i$H i ,(2)其中M i 和M i +1分别是磁场为H 、温度为T i 和T i +1时的磁化强度.通过(2)式计算可得,x =0.3,0.4,0.5的样品在磁场0-1.5T 下的等温最大磁熵变分别为0.5,1.7,1.6J #kg -1#K -1,结果如图4所示.3 结论(Mn 1-x Co x )65Ge 35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,磁矩较低;当Co 含量0.2[x [0.5时,样品为六角结构,磁矩铁磁排列,磁矩较大.随着Co 含量的增加,合金的居里温度在250~302K 范围内变化.所有合金由温度引起的相变均为二级相变.在低磁场(0- 1.5T )下,(M n 1-x Co x )65Ge 35系列化合物的最大等温磁熵变为1.7J #kg -1#K -1.#183#内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)第37卷 参考文献:[1] Benfor d S M ,Br ow n G V.T -S diag ram fo r g ado linium near the Cur ie temperature [J].J A ppl Phys,1981,52:2100.[2] Pecharsky V K ,G schneidner Jr K A.Giant M ag neto calo ric Effect in Gd 5Si 2G e 2[J].Phy s R ev L ett,1997,78:4494.[3] Fujieda 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or mation,I nner M ongolia N or mal Univer sity ,H uhhot 010022,China)Abstract :A series of (M n 1-x Co x )65Ge 35alloys w ere prepared by the arc m elting under the purified ar gon atmosphere.The structure and mag netic entro py chang es in (Mn 1-x Co x )65Ge 35allo ys w ere investig a -ted by m eans of X -ray diffractio n pattern and VSM.T he results show that the crystal structur e is ortho -r ho mbic and antiferro magnetic fo r x =0.2but hex agonal and ferro magnetic fo r 0.2[x [0.5.The Curie temperature o f (Mn 1-x Co x )65Ge 35alloys are varied betw een 250K and 302K w ith the increase of the con -tent of Co.T he lar gest m ag netic entropy change is 1.7J #kg -1#K -1for a magnetic field chang e fro m 0to1.5T in all alloys.Key words :alloy s;Curie temper ature;m ag netic entropy change=责任编辑陈汉忠>(上接第181页)On the Cordiality of the U nion of WheelDU Gen -min(College of Comp uter and I nf or mation ,H uhhot V ocational Colleg e,H uhhot 010051,China)Abstract :By using the method o f recursion and ex pansion,the co rdial problem of the union of w heel is studied.It is show n that the sufficient and necessar y conditio n thatE n i=1W(k i )is the no n -cor dial gr aph is as fo llow s:n is odd number and k i S 0(mod 4)(i =1,2,,,n)or k i S 3(mod 4)(i =1,2,,,n).Key words :cordial graph;co rdial labeling;unio n of w heel=责任编辑陈汉忠>#184#。