[发明专利]La(Fe,Al)13基多间隙原子氢化物及制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，特别是涉及一种稳定的具有大磁熵变的La(Fe，Al)₁₃基多间隙原子氢化物。

本发明还涉及上述La(Fe，Al)₁₃基多间隙原子氢化物的制备方法。

本发明还涉及上述La(Fe，Al)₁₃基多间隙原子氢化物在磁制冷材料方面的应用。

技术背景

磁制冷是一项绿色环保的制冷技术。与传统的依靠气体压缩与膨胀的制冷技术相比，磁制冷是采用磁性物质作为制冷工质，对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应，而且磁性工质的磁熵密度比气体大，因此制冷装置可以做得更紧凑。磁制冷只要用电磁体或超导体以及永磁体提供所需的磁场，无需压缩机，没有运动部件的磨损问题，因此机械振动及噪声较小，可靠性高，寿命长。在热效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的30％～60％，而依靠气体的压缩膨胀的制冷循环一般只能达到5％～10％，因此，磁制冷技术具有良好的应用前景，被誉为高新绿色制冷技术。磁制冷技术，尤其是室温磁制冷技术，因在家用冰箱、家用空调、中央空调、超市视频冷冻系统等产业方面具有巨大的潜在应用市场而受到国内外研究机构及产业部门的极大关注。

磁制冷工质的磁热性能主要包括磁熵变、绝热温度变化、比热、热导率等等。其中，磁熵变和绝热温度变化是磁制冷材料磁热效应的表征，因磁熵变较绝热温度变化易于准确测定，因而人们更习惯采用磁熵变来表征磁制冷材料的磁热效应。磁制冷材料的磁热效应(磁熵变、绝热温度变化)是制约磁制冷机制冷效率的关键因素之一，因此，寻找居里点在室温温区具有大磁熵变的磁制冷材料成为国内外的研究重点。

1997年，美国Ames实验室的Gschneidner、Pecharsky发现Gd₅(Si_xGe_1-x)₄合金(US5743095)具有巨磁热效应，在室温附近磁熵变达到Gd的2倍左右，该材料的大磁熵变的来源为一级磁相变。与二级磁相变相比，发生一级相变的材料的磁熵变往往集中在相变点附近更窄的温区，根据麦克斯韦关系，从而呈现出更高的磁熵变值。然而，由于该材料对稀土等原料纯度的要求很高，价格昂贵，且存在很大的磁滞损耗，这些缺点限制了其在实际中的应用。因此，在探索新型磁制冷材料的过程中，寻找滞后小的具有大磁熵变的一级相变材料有重要的现实意义。

具有NaZn₁₃型立方结构的稀土过渡族金属间化合物在已知的稀土金属间化合物中具有最高的3d金属含量，加之其结构的高对称性使之具有优越的软磁性能和高饱和磁化强度。对于稀土-铁基NaZn₁₃型立方结构化合物，由于稀土与铁之间正的形成热，RFe₁₃不存在，需要添加Al、Si等元素降低形成焓来获得稳定相。少量添加(小于1.56)Si后为一级相变材料，具有很大的磁熵变，但由于熵变温跨较小，不能得到大的制冷能力。由于二级相变磁制冷材料往往具有很大熵变温跨，从而具有很大的制冷能力，引起了人们很大的兴趣。

CN1065294专利公开的一种稀土铁铝(R-Fe-Al)基NaZn₁₃型金属间化合物，该系化合物具有居里点在室温附近可调等优点，但因该系化合物发生的是典型的二级磁相变，磁熵变较小，在0～1.4特斯拉的磁场变化下，其磁熵变仅为10～14J/m³K，为Gd的一半左右。

综上所述，现有二级相变磁制冷材料均很难同时满足居里点在室温附近通过成份变化大范围可调、同时具有大的磁熵变、性能稳定这一实用化磁制冷材料的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能稳定且成分均匀的具有大磁熵变的La(Fe，Al)₁₃基多间隙原子氢化物。

本发明的又一目的在于提供一种制备上述多间隙原子氢化物的方法。

为实现上述目的，本发明提供的La(Fe，Al)₁₃基多间隙原子氢化物，其化学通式表示为：La_1-aR_aFe_13-bAl_bX_cH_d，具有立方NaZn₁₃结构；

化学通式中：

R为一种或一种以上满足a范围的下述稀土元素的任意组合：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc，

a的范围如下：