寧波材料所在非晶合金復(fù)合材料的磁熱性能方面取得進展
磁制冷相比于傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷具有制冷效率高、噪音低、體積小、綠色環(huán)保無污染等優(yōu)點，作為傳統(tǒng)制冷技術(shù)的潛在替代產(chǎn)品，受到世界各國科技界的關(guān)注。磁制冷領(lǐng)域的一個關(guān)鍵課題就是開發(fā)高性能的新型磁制冷材料。非晶合金具有無序的原子結(jié)構(gòu)和亞穩(wěn)特性，因此作為磁制冷材料相比于晶體材料具有制冷溫區(qū)寬、力學(xué)性能和耐腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點，在磁制冷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所非晶合金磁電功能特性研究團隊長期致力于新型非晶磁制冷材料的開發(fā)及其微觀機制研究，并取得了一系列研究成果。通過在非晶合金引入結(jié)構(gòu)混合熵，開發(fā)了一系列具有優(yōu)異磁熱性能的高熵非晶合金。其最大磁熵變值可以達(dá)到15.0 J/kg/K，并且高熵非晶合金的自旋玻璃的磁轉(zhuǎn)變行為和復(fù)雜的成分結(jié)構(gòu)致使其具有更寬的磁轉(zhuǎn)變區(qū)間（116 K），進而獲得巨大的磁制冷能力（691 J/kg）【Intermetallics 2015 (58) 31-35；J. Appl. Phys. 2015 (117) 073902； J. Alloys Compd. 2019 (776) 202-206】。該團隊進一步利用熔體抽拉裝備將高熵非晶合金加工成實際應(yīng)用所需的、具有高比表面積和換熱效率的微米絲材【Intermetallics 2018 (96) 79-83】。另外，通過優(yōu)化合金成分和微觀結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一系列在室溫附近具有優(yōu)異磁熱性能的非晶合金，并詳細(xì)研究了成分、微結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)對磁熱性能的影響【Metals 2021 (11) 950；J. Alloys Compd. 2020 (845) 156191；J. Alloys Compd. 2016 (684) 29-33；J Non-Crystl. Solids 2015 (425) 114-117；J. Magn. Magn. Mater. 2018 (446) 162-165；J. Magn. Magn. Mater. 2019 (489) 165404；J. Magn. Magn. Mater. 2019 (475) 249-256】。
最近，該團隊利用熔體抽拉技術(shù)開發(fā)了一系列Gd基非晶納米晶復(fù)合磁制冷材料。這種非晶復(fù)合磁制冷材料兼具了Gd基非晶合金和納米晶的優(yōu)點，通過優(yōu)化合金成分、調(diào)控制備工藝，實現(xiàn)了對其納米晶化相大小、數(shù)量和分布的調(diào)控，進而獲得了優(yōu)異的磁熱性能。該復(fù)合材料在從70 K到近室溫都具有較大的磁熵變值，其磁制冷能力可以達(dá)到985 J/kg，明顯優(yōu)于現(xiàn)有的其它晶態(tài)和非晶磁制冷材料。
該研究工作以題為“Giant refrigerant capacity in Gd-based amorphous/ nanocrystalline composite fibers”的論文發(fā)表在Materials Today Physics 21 (2021) 100528。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFA0703602、2018YFA0703604）、國家自然科學(xué)基金（51771217、51827801、51922102）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會（2019296）等項目的支持。
Gd基非晶納米晶復(fù)合磁制冷材料的微觀結(jié)構(gòu)及磁熱性能
（中科院磁性材料與器件重點實驗室 霍軍濤）