一种具有巨压热效应的MnCoGe基磁性材料及其制备方法和用图_2

文档序号:9225900阅读:来源:国知局
材料,优选地,该磁性材料在3kbar压力作用下室温附近 熵变幅度超过SOJkg 4K'
[0023] 另一方面,本发明还提供了本发明的具有巨压热效应的MnCoGe基磁性材料的制 备方法,该制备方法包括以下步骤:
[0024] (1)按照MnCoGehInx的化学式配料,其中,0 < X彡0· 03 ;
[0025] (2)将步骤(1)配制的原料放入电弧炉中进行熔炼,得到合金锭;
[0026] (3)将步骤(2)得到的合金锭在800~900°C下退火,然后冷却至室温,得到所述 磁性材料。
[0027] 根据本发明的方法,其中,所述步骤(1)中使用的原料为Mn、Co、Ge和In单质;优 选地,所述原料的纯度> 99. 9wt%。
[0028] 根据本发明的方法,其中,所述步骤(2)中的熔炼的操作优选为:将电弧炉抽真空 至< IXKT2帕,用氩气清洗后,在氩气保护下,电弧起弧,在1500~2500°C下熔炼3~5 次。优选使用纯度大于99wt%的氩气,并优选在约1个大气压的氩气保护下进行熔炼。
[0029] 根据本发明的方法,其中,所述步骤(3)中的退火的操作优选为:在800~900°C、 真空度小于IX KT3帕的条件下退火2~10天,然后随炉冷却或者冰水淬火至室温。
[0030] 又一方面,本发明还提供了一种制冷机器,所述制冷机器包括本发明提供的具有 巨压热效应的MnCoGe基磁性材料,或按照本发明方法制得的具有巨压热效应的MnCoGe基 磁性材料。
[0031] 再一方面,本发明还提供了本发明具有巨压热效应的MnCoGe基磁性材料,或者按 照本发明方法制得的具有巨压热效应的MnCoGe基磁性材料在制造制冷材料中的应用。
[0032] 与现有的制冷材料和技术相比,本发明的MnCoGe基磁性材料具有但不限于以下 有益效果:
[0033] 1、本发明的MnCoGe基磁性材料在中等压力(如:3kbar)下产生的压热效应远 大于其他现有的固态制冷材料在相似压力甚至5T强磁场(超导磁场才能达到)下的热效 应。例如,本发明的MnCoGep xInx (x=0. 01)材料在3kbar下室温附近熵变幅度达到Δ S~ 绝热温变ATad~ 25K,制冷能力RCP~1190Jkg'这些参数均远超过已报道的 固态材料的压热、磁热甚至电热效应。
[0034] 已报道的固态材料及相关性能例如=Gd5Si2Ge 2 ( I Λ S I~lSJkgl-1,276K,0-5T)、 MnFePa45Asa55 ( I AS| ~ISJkg-1K-1JOSLO-ST)' LaFe(〇.88Si〇.12)13Hy ( I AS| ~2311?-?-1, 195 ~336K,0-5T)、MnAs( I AS| ~SOJkgl'SlSLO-SO'NisoMr^SnJ I AS| ~ISJkg-1Ir1, 300K,0-5T)、Ni-Mn-In ( I AS| ~24. Wkg-1IT1,293K,0-2.6kbar),以及 LaFe1133Co047Si12 (I AS| ~8. 611^^^,2301(,0-2. lkbar)、NiMnIn(ATad~4.5K,2.6kbar)、LaFe1133Co 0.47Si12 (ATad ~2. 2K,2kbar)、Gd5Si2Ge2 ( ATad ~6K,2T)、PbZr0 95Ti0 0503 ( ATad ~12K480kV cnT1 电场)、LaFen.S3Coa47Si1. 2(RCP ~90Jkg 1Iibar O'Gc^Si^GejRCP ~64Jkg 1T 1XMnFePa45Asa55 (RCP ~)。
[0035] 此外,随着In含量的改变,本发明磁性材料的磁结构耦合温度Tmstra在室温附近的 宽温区(250K-350K)可调,使得巨压热效应出现在室温附近的宽温区。
[0036] 2、本发明MnCoGe基磁性材料的巨大逆压热效应可以与现有固态材料的正常热效 应相组合,以满足和实现实际制冷需求中的特殊设计和应用。
[0037] 3、本发明MnCoGe基磁性材料的原材料不含稀土和有毒有污染的元素,减小了固 态制冷剂对稀土的依赖性,降低了材料的制备成本。此外,该合金制备方法简单,易于工业 化生产,这对于开发材料的绿色环保固态制冷应用具有重要实际意义。
【附图说明】
[0038] 以下,结合附图来详细说明本发明的实施方案,其中:
[0039] 图1为本发明实施例制备的MnCoGe1-Jnx (X分别为0. 005、0. 01、0. 015、0. 02、 0.025和0.03)样品的热磁曲线,其中横坐标为温度,纵坐标为磁化强度。测量磁场为 0. 02T,箭头表示升降温方向。
[0040] 图2为本发明实施例制备的MnCoGea99Inatll样品的晶体结构和磁结构的表征结 果,其中,图2 (a)为相比例分数和晶胞体积随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,左侧纵 坐标为晶胞体积,右侧纵坐标为正交相的相比例;图2(b)为正交相Mn、Co原子的磁矩随温 度的变化曲线,其中横坐标为温度,纵坐标为Mn、Co原子的磁矩;图2(c)为正交相的晶格和 单胞不意图;图2(d)为TK角相的晶格和单胞不意图;
[0041] 图3为本发明实施例制备的MnCoGea98Inatl2样品的正交相的相比例分数和晶胞体 积随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,左侧纵坐标为晶胞体积,右侧纵坐标为正交相相 比例。
[0042] 图4为本发明实施例制备的MnCoGea99Inatll样品在相变温区特征温度304K常压、 零磁场下采集的中子衍射图谱。精修结果表明:正交相(空间群:Pnma)和六角相(空间群: P63/mmc)共存,比例分别为47. 2wt%和52. 8wt%。
[0043] 图5为本发明实施例制备的MnCoGea99Inatll样品的晶胞参数和晶胞体积随温度的 变化曲线,其中横坐标为温度,纵坐标为晶胞参数和晶胞体积。图中a^lvc。为正交相的晶 胞参数,a H、bH、cH为六角相的晶胞参数,V^Vh分别为正交相、六角相的晶胞体积。
[0044] 图6为本发明实施例制备的MnCoGea99Inatll样品在不同压力(图6 (a))、不同磁场 (图6(b))下正交相特征峰(011)衍射强度随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,纵坐标为 正交相特征峰(011)的衍射强度,箭头表示升降温方向。
[0045] 图7为本发明实施例制备的MnCoGea99Inatll样品在相变温度附近,适当扣除基线 后的热流和熵(相对于260K)随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,左侧纵坐标为热流,右 侧纵坐标为熵。插图为MnCoGea99Inatll样品热流随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,纵 坐标为热流,箭头表示升降温方向。
[0046] 图8为本发明实施例制备的MnCoGea98Inatl2样品在相变温度附近,适当扣除基线 后的热流和熵(相对于240K)随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,左侧纵坐标为热流,右 侧纵坐标为熵。插图为MnCoGe a98Inatl2样品热流随温度的变化曲线,其中横坐标为温度,纵 坐标为热流,箭头表示升降温方向。
[0047] 图9为本发明实施例制备的MnCoGea99Inatll样品的压热效应表征结果,其中,图 9 (a)为常压下和3kbar压力下的熵曲线(相对于260K),其中横坐标为温度,纵坐标为熵,图 中AS为熵变,ΛΤ为3kbar压力驱动相变向低温移动的温跨;图9(b)为本发明实施例制 备的MnCoGe a99Inatll样品在3kbar压力下的熵变曲线,其中横坐标为温度,纵坐标为熵变。 阴影区域的面积为制冷能力RCP。T 1和T2表示熵变曲线半高宽对应的温度点。图9(b)右 上角的插图为本发明实施例制备的MnCoGe a99Inatll样品在3kbar下的绝热温变ATad-T曲 线,其中横坐标为温度T,纵坐标为绝热温变Λ Tad。
【具体实施方式】
[0048] 下面通过具体的实施例进一步说明本发明,但是,应当理解为,这些实施例仅仅是 用于更详细具体地说明之用,而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
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