[发明专利]具有大磁制冷能力的稀土‑镍‑镓材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料，特别涉及一种具有大磁制冷能力的稀土-镍-镓材料及其制备方法和在磁制冷技术中的用途。

背景技术

近年来，随着近代能源的日益短缺以及环境保护意识的不断增强，磁制冷技术受到了人们越来越多的关注。磁制冷是指以磁性材料为制冷工质的一种新型绿色环保的制冷技术，其基本原理是借助于磁制冷材料的磁热效应，即指顺磁体或软铁磁体在外磁场的作用下原子磁矩排列有序化，等温磁化时磁性材料会放出热量，同时磁熵减少；而在移去磁场时原子磁矩回到先前随机状态，磁性材料会吸收热量同时磁熵增大。与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，具有高效节能、绿色环保、运行稳定等显著优点，被誉为高新绿色制冷技术。从环保、节能的角度看，磁制冷技术具有巨大的研究和发展潜力。而作为磁制冷技术的核心部分，高性能磁制冷材料的成功研发是磁制冷技术实用化以致商业化的关键。鉴于此，寻找新型磁性材料、研究其磁热效应成为目前世界各国材料研究领域的一个热点。

最初应用于磁制冷技术的材料是一些弱磁性的顺磁物质，主要用于获得接近0K的超低温(mK-μK)。1933年，Giauque和MacDougall以Gd₂(SO₄)₃·8H₂O为工质进行了绝热退磁的实验，并获得了0.25K的超低温。目前，磁制冷技术已成为现代低温物理不可或缺的技术手段。同时，低温磁制冷技术可以液化氦气和氮气，供工业和民用，还能够液化氢气，制备清洁无污染的环保燃料。因此，低温磁制冷材料的研究受到国内外研究机构及产业部门的极大关注。通常，表征磁制冷材料磁热效应的主要参数包括磁熵变(ΔS)和磁制冷能力(RC)，材料的磁熵变一般在相变温度附近出现最大值，材料的ΔS和RC值越大，其制冷效率就越高。目前，在低温区研究发现的磁制冷材料主要包括稀土元素单晶、多晶材料(如Nd、Er和Tm)及稀土金属间化合物(如DyNi₂、Tb₂PdSi₃、GdPd₂Si和(Gd_0.2Er_0.8)NiAl)等。但这些材料的磁热效应和磁制冷能力仍不是很高，且其中具有一级磁性相变的磁制冷材料(如ErCo₂)通常伴随着明显的热滞及磁滞现象，从而导致磁制冷材料在循环过程中有效磁制冷能力的下降。

鉴于以上研究背景以及磁制冷技术实际应用的需要，近年来，寻找具有可逆大磁热效应和高磁制冷能力的磁制冷材料已成为磁制冷材料研究领域的新热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有可逆大磁热效应、高制冷能力的用于磁制冷的稀土-镍-镓材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种制备具有大磁热效应的稀土-镍-镓磁制冷材料的方法，所述磁制冷材料为以下通式的化合物：RNiGa，其中R为Tb、Dy、Ho和Er中的任意一种或任意几种的组合，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)称取原料R和Ni、Ga并混合；

2)将步骤1)配置好的原料放入熔炼炉中，熔炼炉抽真空后用氩气清洗，之后在氩气保护下对所述配置好的原料进行熔炼；

3)将步骤2)熔炼好的物料进行真空退火处理，之后取出快速冷却。

所述原料R和Ni、Ga的物质的原子比为1:1:1。

优选地，所述原料R和Ni、Ga的物质的原子比为1.01～1.05:1:1。

更优选地，所述原料R和Ni、Ga的物质的原子比为1.01～1.02:1:1。

优选地，在步骤2)中，所述抽真空达到的压力为3×10^-3Pa或小于3×10^-3Pa；所述熔炼的温度为1300℃以上；所述熔炼的时间为0.5～10分钟。

更优选地，在步骤2)中，所述抽真空达到的压力为2×10^-3～3×10^-3Pa；所述熔炼的温度为1300～1700℃；所述熔炼的时间为2～3分钟。

优选地，在步骤3)中，所述真空退火的温度为600～1100℃；所述真空退火的时间为5～40天。

更优选地，在步骤3)中，所述真空退火的温度为800～1000℃；所述真空退火的时间为7～30天；所述快速冷却方式为淬入液氮或冰水中。

优选地，所述材料具有TiNiSi型正交晶体结构。