磁制冷历史背景.docx
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磁制冷历史背景.docx
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1881年Warburg首先观察到金属铁在外加磁场中的热效
应。
1907年,Langevin第一次展示通过改变顺磁材料的磁
化强度导致可逆温度变化。
1926年Debye,1927年Giuque两
位科学家分别从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结
论后,极大地促进了磁制冷的发展。
1933年Giauque等人以
顺磁盐Gd,(so,),·890为工质成功获得了lK以下的超低温,
从此,在超低温范围内,磁制冷发挥了很大的作用,一直
到现在这种超低温磁制冷技术已经很成熟。
随着磁制冷技
术的迅速发展,其研究工作也逐步从低温向高温发展。
1976年,美国NASALewis和G.V.Brown首先采用金属Gd为磁制冷介质,采用Stiring循环,在7T磁场下进行了室温磁制冷试验,开创了室温磁制冷的新纪元,人们开始转向寻找
高性能的窀温磁致冷材料的研究。
早在1881年,Warburg首先观察到了金属铁在外加磁场中的热效应【1l】。
后来,Telsall2】利用磁热效应设计了300K附近的磁制冷机并申请了专利,但在当时以及后来的很多年并没有引起人们的重视。
直到1926年,Debye从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论以后,磁制冷技术才逐步发展起来,现已成为低温制冷的标准方法【13’141。
.历史上磁制冷主要从低温区(T<20目、高"WrtnE(20 温区的磁制冷无论是从制冷工质还是循环路线都己研究得比较透彻,T<20K这个温区是利用磁卡诺循环进行制冷,工作材料主要是顺磁性物质, 80K~室温这一温区的研究,尤其是室温附近的磁制冷工质的研究到目前为止仍处于初级阶段。 因温度高,晶格熵增大,顺磁工质己不适宜作为这一温区的磁制冷工质,取而代之的则为铁磁性工质,寻找该温区的理想磁制冷工质则是人们一直追求的目标。 在室温区进行磁制冷会遇到以下两个障碍: 1)磁自旋的热激发能量幻丁较大,为了得到所需的磁熵变,需要非常强的外加磁场;2)磁工质晶格系统的热容量显著 增大,成为自旋系统很大的热负荷。 要克服这两个障碍,首先需利用铁磁物质的磁熵变在居里点附近显著增大这一特性,选用具有较大磁热效应的铁磁工质,这样就可以在相对较小的磁场变化下获得较大的磁熵变;其次还需要从磁制冷过程中取出晶格熵,这就要求在磁制冷系统中装有蓄冷器1231。 另外,在如何提高磁制冷磁场和制冷效率方面还需要进行深入研究【41。 近几十年来,室温磁制冷技术正不断受到人们的重视,而室温磁制冷材料也得到了众多学者的广泛关注和研究。 1976年Brown等人以金属Gd为磁制冷工质获得了295至248K的磁制冷效果,从而打开了室温磁制冷技术的大门 1997年南京大学的Guo等人研究了钙钛矿型锰氧化物的磁热效应,实验发现,在Lal吖Ca,,Mn03化合物中,当x的值分别为0.2和0.33时,化合物在1.5T磁场的变化下的最大磁熵变为5.5J/kg鲥见图1—4)【25】,这一值要大于Gd在相同磁场变化下磁熵变的最大值,而且这一化合物的制作成本较低。 将Gd与半导体元素合成得到的Gd5(SixGe4-x)化合物是稀土化合物中优秀的磁制冷材料,这是1997年,美国能源部Ames实验室的Gschneidner等科学家在室温磁制冷材料的研究中取得的突破性进展。 2001年,胡凤霞等人对LaFell.4Sil.6化合物的磁热性能进行了研究(见图1-6)。 研究发现La(FexMl_x)13(M=AI,Si)的磁热性能可与Gds(SixGel哺)4比拟,这是继Gd5(SixGel《)4之后发现的另一类具有广泛应用前景的室温磁制冷材料。 2002年日本的Fuiita等人在La(Fe088Sio.12)13化合物中加入间隙原子H得到La(Feo.88Si0.12),3Hy化合物,通过调整化合物中H的含量,可以使这一系列化合物在保持原有最大等温磁熵变的基础上,使居里温度在195.336K连续可调【43-451。 2001年,日本的Wada等人报道了MnAs化合物的巨磁热效应,该化合物的居里温度为318K,在0.5T磁场变化下化合物的最大磁熵变可达40J/kgK,是稀土金属Gd的磁熵变的4倍。 2002年特古斯在((Nature))杂志上发表了~篇关于MnFePl刊崦化合物磁热效应的文章 2005年,德国的Thorsten等人报道了赫斯勒合金Nio.5Mno.5§nx化合物的巨磁热效应
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