[发明专利]一种单相铑基合金磁制冷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种单相铑基合金磁制冷材料，化合物通式为R₃Rh₂，其中R为稀土元素Ho或Er元素中的任意一种，其成分为单相；所述单相为Y₃Rh₂型的晶体结构。其制备方法包括以下步骤：1）铑基合金磁制冷合金锭的熔炼；2）铑基磁制冷材料的退火处理。作为磁制冷材料的应用，为二级相变材料，不存在热滞；磁熵变值在0‑5 T磁场下的范围为14‑20 J kg^‑1K^‑1，制冷量为达380‑390 J/kg。本发明具有以下优点：单相性好；是单一的二级相变材料，且磁转变温度附近只发生磁结构转变，不存在热滞；是非常理想的低温区磁制冷材料；并且工艺简单，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种磁制冷领域中的合金磁制冷材料，具体涉及一种单相铑基合金磁制冷材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，全球能源需求，环境污染和全球变暖是紧迫的问题，不可避免的要开发创新的绿色技术，特别是在制冷领域。目前普遍采用的是气体压缩制冷技术实现制冷，磁制冷与其相比具有绿色、节能、易于小型化等优点，可减少30％-40％的电力消耗的传统冰箱，是一种理想的节能环保制冷技术。磁制冷是指以磁性材料为制冷工质，在磁场增强或减弱时产生放热或吸热的物理现象，以期达到制冷的目的。在过去的几十年里，磁制冷技术的进步已经得到见证，今天，它已经达到了商品化的程度。鉴于此，寻找新型磁性材料、研究磁热效应成为世界各国材料研究领域的热点课题。近年来,国家对液氦、液氢、液氮、液氧的需求越来越大。液氦和液氮作为重要的制冷剂,在物性测量、超导应用、低温物理、医疗卫生等方面具有广泛的应用,它们的重要温度点分别为4.2K和77K。另外,低温和极低温环境的获得也是当今科学研究实现高精尖发展的必备条件,这些极端环境科研平台的搭建也可以通过磁制冷技术来实现。实现磁制冷的关键是要获得性能优异的磁制冷材料，衡量磁制冷材料磁热效应的参数主要包括磁熵变(ΔS_M)和磁制冷能力(RC)。

目前为止，人们已经发现了众多低温磁制冷材料，如稀土多晶材料Nd、Er和Tm以及稀土金属间化合物(GdCoAl、ErNiAl、DyNi₂、GdPd₂Si)等。

例如现有技术文献1(J.D.Zou,B.G.Shen,J.R.Sun.Magnetocaloric e□ect inErCo₂compound[J].Chinese Physics,2007,16(07):1817-1821.)报道了磁制冷材料ErCo₂，该材料磁熵变达到38J kg-¹K-¹；

另有现有技术文献2(Niraj K.Singh,Pramod Kumar,Z.Mao,Durga Paudyal,VNeu,K.G.Suresh,V.K.Pecharsky,K.A.Gschneidner Jr..Magnetic,magnetocaloric andmagnetoresistance properties of Nd₇Pd₃[J].Journal of Physics:Condensed Matter,2009,21:456004.)报道了磁制冷材料Nd₇Pd₃，该材料磁熵变达到18J kg^-1K^-1。

但是，现有技术存在以下技术问题：ErCo₂和Nd₇Pd₃均是一级磁性相变的磁制冷材料，即在获得较大的磁热效应的同时，不可避免的伴随着磁滞和热滞的产生。巨大的热滞损耗表明在制冷循环中热量的泄漏，严重限制了有效制冷量，从而导致制冷效率的下降。

二级相变磁制冷材料凭借着具有可逆磁热效应这一特点刚好可以解决上述问题。但是，二级相变磁制冷材料磁熵变值往往小于一级相变材料。