[发明专利]高性能室温磁致冷纳米块体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料制备技术领域，特指一种高性能室温磁致冷纳米块体材料的制备方 法。

背景技术

磁致冷是通过材料的磁热效应实现的，具有高效、节能、环保的特点，是一种新型的绿 色致冷技术。磁热效应是材料的内禀性能，主要通过等温磁熵变(ΔS_m)和绝热温变(ΔT_ad)两个 指标来评价。

高温磁致冷材料在近室温的温区具有广阔的应用前景。La(Fe_1-xSi_x)₁₃是高温磁致冷材料中 重要的一种，具有NaZn₁₃型立方晶体结构，居里温度T_c约为200K，其在T_c附近能够发生温 度诱导的一级磁性转变，在T_c以上，能够发生低磁场诱导的巡游电子变磁转变。这两种磁转 变的发生使其在T_c附近产生巨磁热效应。又由于其成本较低，因此引起了广泛的研究。

目前，La(Fe_1-xSi_x)₁₃磁致冷材料的研究主要集中在制备工艺与成分调整两个方面，目的在 于提高磁熵变、调节居里温度及提高生成效率。La(Fe_1-xSi_x)₁₃最初主要通过熔炼铸锭制备，然 而铸锭中以α-Fe相为主，需要经过长时间的退火，才能得到较多的1∶13相，因此制备效率很 低。熔炼铸锭工艺逐渐被熔体快淬工艺取代，采用此工艺制得的薄带经短时间退火即可得到 近单相的1∶13化合物，不仅提高了制备效率，而且增强了磁热效应。但是熔体快淬只能制备 薄带，这严重限制了其实际应用。

由于La(Fe_1-xSi_x)₁₃化合物的T_c还远低于室温，为了使其实用化，必须将T_c调节到室温附近， 因此，研究者深入研究了成分对材料的T_c与磁热效应的影响。Fujieda指出少量Ce元素取代La 元素后，磁热效应增强，即ΔS_m与ΔT_ad都增大，而且磁滞与热滞现象减弱；但是，T_c降低。 用少量Pr元素取代La元素后，同样使其磁热效应增强，T_c降低。然而少量Nd元素取代La元素 后，随着取代量的增加，T_c呈现先增高后降低的趋势，ΔS_m逐渐减小，这与Shen等人的研究 结果不同。Liu等人的研究表明，Co元素取代部分Fe元素后，T_c增至室温附近，ΔS_m减小，但 依然保持了较大的室温磁热效应，且减少了磁滞与热滞损失。Balli等人得到了相同的结果。 Wang等人研究了Mn取代部分Fe后对T_c与ΔS_m的影响，发现T_c与ΔS_m都呈现下降的趋势。 Fujieda等人研究发现La(Fe_1-xSi_x)₁₃吸入少量氢后，T_c得到明显地提高，La(Fe_0.88Si_0.12)₁₃H_1.0化合 物的T_c可达278K。同样C与N的引入都可以有效提高材料的T_c，但间隙原子的引入降低了ΔS_m， 这是因为磁相变逐渐由一级转变为二级。成分的调整虽然可以有效提高材料的T_c，但是通常 伴随着ΔS_m的降低，因此，在提高T_c的同时，保证足够大的ΔS_m是亟待解决的问题。