[发明专利]具有低磁场巨磁热效应DyTiO3单晶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁制冷材料技术领域，特别涉及一种具有低磁场巨磁热效应的单晶材料。

背景技术

在当今世界，制冷技术起着特别重要的作用，几乎涉及到低温工程、高能物理、石油化工、电力与交通、精密仪器仪表、计算技术、超导技术、航空航天、医疗器械、农业生产、食品储藏等科研、工业、农业以及日常生活的每一个领域。目前传统的制冷方式主要有三种：(1)利用高压气体绝热膨胀进行制冷；(2)利用半导体热电效应进行制冷；(3)利用物质相变进行制冷。传统制冷方式及其应用的制冷工质材料存在诸如效率低、价格昂贵、噪音高，且制冷工质材料对环境污染严重等弊病，特别是利用气体绝热膨胀产生的制冷方式，氟利昂制冷工质材料的大量应用，造成了大气环境污染以及地球臭氧层破坏，已成为国际性公害。自2000年起联合国出台蒙特利尔协议，氟利昂制冷剂将逐渐被禁用，新的气体制冷剂相继问世并已经商业化生产(如HFC-134a)。然而这些气体存在带来温室效应和价格昂贵的问题，并且气体压缩制冷机的卡诺循环效率已接近其技术极限，传统的制冷工业面临困境。因此，谋求一种新型、高效、节能、环保的制冷技术已经成为当今社会需要迫切解决的问题。

与传统制冷技术相比，磁制冷是以固体磁性材料为工质，具有对臭氧层无破坏作用、无温室效应、噪音低、体积小、可靠性和效率高(可达普通压缩气体制冷机的十倍)等优势，备受世界各国产业界和科技界的关注，是未来全新一代绿色环保型制冷技术。

磁制冷就是利用磁场，使制冷工作物质原子的自旋取向空间分布的有序度发生变化，引起磁熵变来实现的。当制冷物质绝热去磁时，温度降低；当制冷物质绝热磁化时，温度升高。也可以说，当制冷物质等温去磁时，吸收热量；等温磁化时，放出热量，这就是磁热效应，也称磁卡路里效应简称磁卡效应。磁熵是磁有序温度的表征，磁性物质只要其磁有序状态发生改变，就会导致磁熵发生变化，引起磁热效应。对于铁磁性物质，磁熵变的最大值发生在居里温度处。利用磁性物质的磁热效应达到制冷目的，是人们长期以来追求的目标。

在磁制冷技术中，关键是磁制冷材料的性能，其磁热效应的大小直接影响制冷机的制冷效率。要获得较大的磁熵变，有两条途径：一，需要非常高的外加磁场；二，磁制冷材料本身具有较强的磁热效应。其中，第一条途径可以采用超导磁体来解决，但超导磁体使磁制冷系统结构复杂、成本昂贵，成为磁制冷技术发展的制约因素。因此，比较可行的方法就是开发在居里温度附近具有较强磁热效应的磁制冷材料，以便在常规磁体能提供的磁场下就可以获得较高的磁熵变，以满足需要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种具有良好的化学稳定性、较高的电阻率、较高的磁熵变、无热滞和磁滞、环境友好的具有低磁场巨磁热效应DyTiO₃单晶材料及其制备方法。

本发明具有低磁场巨磁热效应DyTiO₃单晶材料由Dy₂O₃、TiO₂和Ti粉按照1.5∶2∶1的摩尔比制成，所述具有低磁场巨磁热效应DyTiO₃单晶材料是由镝、钛和氧构成的DyTiO₃钙钛矿单晶材料。

具有低磁场巨磁热效应DyTiO₃单晶材料的制备方法，其特征在于具有低磁场巨磁热效应DyTiO₃单晶材料的制备方法如下：一、将Dy₂O₃在800℃烧结6～8小时，将TiO₂在200℃烘烤4～5小时；二、将经过步骤一处理的Dy₂O₃、TiO₂与Ti粉按照1.5∶2∶1的摩尔比混合后研磨1～2小时，得到混合均匀的粉末；三、将步骤二得到的粉末装入模具腔内压制成直径为6毫米的细棒，然后将细棒在生长速率为6～8mm/h、氢气与氩气的体积比为1∶3的Ar-H₂混合气体中生长DyTiO₃单晶，即得具有低磁场巨磁热效应DyTiO₃单晶材料。

上述的Dy₂O₃纯度为99.99％，TiO₂纯度为99.99％，Ti粉纯度为99.99％。