寧波材料所在Gd基非晶磁致冷材料研究方面取得進(jìn)展
作為磁致冷技術(shù)的關(guān)鍵部分,性能優(yōu)良的磁致冷材料是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。磁致冷材料的重要性能之一是具有高的絕熱溫變,其替代性能是高的磁熵變,這也是研究者比較關(guān)心的性能。然而作用實(shí)際應(yīng)用,磁致冷材料的制冷效率RCP,即降低一度所需消耗的能量是衡量其性能的另一個(gè)重要指標(biāo),通常由磁熵變峰值與其半高寬溫區(qū)的乘積來(lái)衡量。對(duì)于典型的晶體磁致冷材料,如MnFeP0.45As0.55,Gd5(Ge1_xSix),Ni–Mn–Ga,La(Fe1_xSix)13及其氫化物等體系,由于是一級(jí)相變,在居里溫度附近具有高的磁熵變,但正由于是一級(jí)相變使得相轉(zhuǎn)變溫區(qū)較窄,制冷效率較低。而對(duì)于二級(jí)相變,其磁熵變值沒(méi)有一級(jí)相變高,但相變溫區(qū)較寬,制冷效率RCP較高。相對(duì)晶體材料,非晶磁致冷材料通常具有二級(jí)磁轉(zhuǎn)變,并且由于非晶的無(wú)序結(jié)構(gòu)使得磁轉(zhuǎn)變具有較寬的溫區(qū),從而在磁制冷效率上是一大優(yōu)勢(shì),因而被認(rèn)為具有應(yīng)用前景的磁致冷材料。
中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所沈?qū)汖堁芯繂T和杜娟研究員在塊體非晶的形成能力和磁熱效應(yīng)方面開(kāi)展了研究工作。其中早期的研究工作表明,在具有大的磁晶各向異性的Tb基塊體非晶中發(fā)現(xiàn)了自旋玻璃行為,并且在自旋玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上獲得了大的磁熵變[J. Magn. Magn. Mater. 321 (5), 413];而各向異性較小的一定成分的Gd基非晶一般具有鐵磁性,并且在居里溫度附近同時(shí)具有大的磁熵變值和高的制冷效率RCP[J. Appl. Phys. 103 (2), 023918]。在近期的研究中,對(duì)Gd55NixAl45-x(x=30,25,20,15)非晶的Ni、Al成分配比對(duì)其磁性的影響的研究表明,隨Ni/Al比值的降低,體系從鐵磁性行為逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕A袨?。此外我們?cè)阼F磁性自旋玻璃溫度附近也獲得優(yōu)異的磁制冷性能:在5T磁場(chǎng)下,磁熵變?yōu)棣mMax 9.25 J kg-1K-1,絕熱溫變?yōu)?.3K,冷凍效率RCP為851 J kg-1。該工作發(fā)表在近期的Appl.Phys.Lett.101, 032405 (2012)。該工作為深入研究自旋玻璃的起源,特別是在所含元素都具有較小的磁晶各向異性或不具有磁晶各向異性的非晶體系中出現(xiàn)的自旋玻璃行為的研究提供了一個(gè)極好的樣本,同時(shí)也為研究非晶合金磁致冷性能及其在低溫區(qū)的應(yīng)用起到了良好的推動(dòng)作用。
該研究工作獲得國(guó)家杰出青年基金和浙江省杰出青年基金等項(xiàng)目的資助。

GdNiAl非晶隨Ni/Al變化的DSC曲線(xiàn)及XRD GdNiAl非晶的熱磁曲線(xiàn)及交流磁化率隨頻率的變化曲線(xiàn)

GdNiAl非晶的磁熵變隨溫度變化曲線(xiàn) Gd55N30iAl15非晶的比熱曲線(xiàn)及其絕熱溫變
(磁材事業(yè)部)