【摘 要】
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磁制冷技术被认为是一种在未来应用前景非常广阔的制冷技术,相比于传统的蒸汽压缩式制冷技术,磁制冷技术具有绿色环保、高效稳定的优点。磁制冷技术是利用磁性材料的磁热效应来达到制冷目的。在磁制冷研究领域中,开发具有大磁热效应的材料是加快磁制冷技术应用的关键。本文采用溶胶-凝胶法成功制备了RE2FeAlO6(RE=Gd,Dy,Ho)和 RE2CrMnO6(RE=Ho,Er)两个体系的稀土双钙钛矿氧化物材料,
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磁制冷技术被认为是一种在未来应用前景非常广阔的制冷技术,相比于传统的蒸汽压缩式制冷技术,磁制冷技术具有绿色环保、高效稳定的优点。磁制冷技术是利用磁性材料的磁热效应来达到制冷目的。在磁制冷研究领域中,开发具有大磁热效应的材料是加快磁制冷技术应用的关键。本文采用溶胶-凝胶法成功制备了RE2FeAlO6(RE=Gd,Dy,Ho)和 RE2CrMnO6(RE=Ho,Er)两个体系的稀土双钙钛矿氧化物材料,并对其晶体结构、微观组织、磁学性质及磁热效应进行了系统而深入的研究。此外,本论文还通过电弧熔炼结合甩带快淬方法制备了 Gd20Ho20Tm20Cu20Ni20非晶合金,并对其磁性及磁热性质进行了研究,所取得的主要研究如下。RE2FeAlO6(RE=Gd,Dy,Ho)三种氧化物均为正交晶系,空间群为Pbnm,属于典型的B位无序双钙钛矿结构。磁性测试结果表明,随温度的升高RE2FeAlO6(RE=Gd,Dy,Ho)三种氧化物均经历顺磁态向铁磁态转变的二级磁相变过程。Gd2FeAlO6和Ho2FeAlO6的居里温度均低于2K,Dy2FeAlO6的居里温度约为7.8 K。另外,通过计算获得的RE2FeAlO6(RE=Gd,Dy,Ho)三种氧化物的有效磁矩与理论磁矩接近。在0-5 T的外加磁场下,Gd2FeAlO6、Dy2FeAlO6、Ho2FeAlO6氧化物的最大磁熵变(-ΔSMmax)分别为18.5 J/kg·K、8.5 J/kg·K、7.1 J/kg·K,温度平均熵变(TEC(3K))分别为 14.5 J/kg·K、8.4J/kg·K、6.9J/kg·K,对应的相对制冷能力(RCP)的值分别为 187.5 J/kg、212.5 J/kg、183.5 J/kg,制冷能力(RC)的值分别为 136.1 J/kg、163.5 J/kg、144.5 J/kg,表明对 RE2FeAlO6(RE=Gd,Dy,Ho)体系在低温磁制冷领域具有潜在的应用价值。RE2CrMnO6(RE=Ho,Er)双钙钛矿氧化物同样为B位无序双钙钛矿结构,正交晶系,空间群为Pbnm。磁性测试结果表明,两种氧化物随着温度的降低,在相变点附近经历顺磁态到铁磁态的磁相变过程。Ho2CrMnO6和Er2CrMnO6两种氧化物的居里温度分别为~6.1 K和~5.2 K。通过计算得到RE2CrMnO6(RE=Ho,Er)两种氧化物的有效磁矩与理论磁矩接近。在0-5 T的外加磁场下,Ho2CrMnO6和Er2CrMnO6氧化物的最大磁熵变(-ΔSMmax)和平均温度熵变(TEC(3 K))分别为 8.8 J/kg·K、8.7J/kg·K 和 10.3 J/kg·K、9.9 J/kg·K,相应的相对制冷能力(RCP)的值分别为193.7J/kg、150.7J/kg,制冷能力(RC)的值分别为146.0 J/kg、112.3 J/kg。Gd20Ho20Tm20Cu20Ni20为完全非晶态,并且组成元素分布的比较均匀。Gd20Ho20Tm20Cu20Ni20非晶合金在相变温度(~32 K)附近发生了顺磁相向铁磁相的二级磁相变,磁相变过程不存在滞后现象,表明非晶合金具有可逆的磁热效应。Gd20Ho20Tm20Cu20Ni20非晶合金的磁相变对磁场较为敏感,并且表现出“桌面”型的磁热效应。在ΔH为5 T的磁场下,Gd20Ho20Tm20Cu20Ni20非晶合金磁熵变曲线的半高宽(δ TFWHM)、最大磁熵变(|ΔSM|max)、平均温度熵变(TEC(10K))、相对制冷能力(RCP)、制冷能力(RC)分别为 60.8 K、10.6 J/kg·K、10.5 J/kg·K、644.6 J/kg、527.9 J/kg,这些数据表明Gd20Ho20Tm20Cu20Ni20非晶合金有望成为低温磁制冷领域的候选材料。
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