[发明专利]一种激光烧蚀制备纳米级稀土磁制冷材料的方法

说明书

本发明公开了一种激光烧蚀制备纳米级稀土磁制冷材料的方法。本发明的稀土磁制冷材料的化学组成式为Ln_xA_1‑xMnO₃，所述化合物中元素Ln为La，Pr，Sm等稀土元素，元素A为Ca、Na、K、Sr等一价、二价金属元素，0.1≤x≤0.9。本发明按一定化学计量比称取稀土磁制冷材料的原材料粉末，经过充分研磨混合之后，将原材料粉末压成块，将压制成的块在一定温条件下预烧，形成前驱体，利用激光烧蚀技术，制备含纳米级颗粒沉淀物的混合溶液，将混合溶液的沉淀物过滤，烘干之后获得纳米级高性能稀土磁制冷材料。该制备方法能够得到表面干净，化学活性好，大小为纳米级的稀土磁制冷材料，其制冷温度区间显著变大，制冷能力增强，并且该制备方法能够有效降低高温烧结温度与时间，制备过程简单。

技术领域

本发明涉及一种激光烧蚀制备纳米级稀土磁制冷材料的方法，属于高性能磁性材料领域。

背景技术

液相激光烧蚀技术作为一种制备纳米粒子的新技术备受关注。液相激光烧蚀(Laser Ablation in Liquid，LAL)是一种简单、绿色的纳米材料制备技术，通常只需在水中或有机液相条件下进行。近年来，LAL已被用于制备一系列具有特殊形貌、微观结构的纳米材料，以及在探索新兴的，在光学、显示、探测、生物等领域的性能和应用中，实现了功能化纳米材料的一步制备。已经证明，激光烧蚀沉淀在溶剂中的各种贵金属会产生这些金属的胶体纳米颗粒。而且结果表明，液体激光烧蚀也适用于制备复合材料纳米粒子。与传统的纳米材料制备方法相比，液相激光烧蚀法有以下的优势: (1)它是一种“简单且干净”的合成手段，不仅制备过程简单，而且由于减少了副产物的生成，并且简化了反应的前驱物的使用，确保了最终产物很高的纯度，而且具有较高的表面活性； (2)液相激光烧蚀法在温和的条件下能够制备出高温高压的亚稳相； (3)这种制备方法几乎对所有纳米材料都有普适性，研究者可以根据材料的属性来选择所需的靶材和液体来合成纳米颗粒和结构； (4)纳米结构的相、尺寸和形状可以通过改变激光参数和外部条件来合成，而且很多反应一步就能实现，避免了繁杂的后处理。

磁制冷技术作为一种高效节能、绿色环保的新技术在未来多个领域有着广阔的应用前景。发展的关键在于寻找室温附近具有宽的工作区间、易制备、低成本，且在永久磁铁产生的磁场下(2T)有大磁熵变的制冷材料。目前发现的磁制冷材料，如Gd₅ (Si_xGe_1-x)₄、La( FeSi)₁₃、RMnO₃、MnFeP_1-xAs_x、Ni-Mn-X等，都存在着一些应用限制。Gd( Si_xGen_1-x)₄系合金要保持巨磁热效应必须使用高纯Gd为原料，价格昂贵、需要强磁场驱动；La(Fe_xSi_1-x)₁₃系合金相变温度偏低，固溶处理后又引起化学性质不稳定等诸多问题；类钙钛矿型锰氧化物材料居里温度较低；MnFeP_1-xAs_x化合物制备工艺复杂，含有剧毒的As元素，若用无毒元素取代则热滞增大、效率降低；Ni-Mn-X合金由于Mn元素易挥发，成分难以控制，且需长时间高温热处理以获得单相组织。因此，若要将磁制冷技术实用化，仍有很多工作需要不断完善。

本发明采用液相激光烧蚀法，其可在室温下产生高温高压等的极端的环境，通过在高溫高压的极端环境中，来自于靶材和溶液介质的粒子会发生各种反应，而且液体的冷却效果好，能实现高温等离子体的快速冷却，不仅制备过程简单，而且有效减少了以往退火环节的高耗时，使制备得到的稀土磁制冷材料表面干净，化学活性好，同时有效抑制结构畸形，制冷温区变宽，提高稀土磁性制冷材料的磁熵和磁热效应。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种利用液相激光烧蚀法的制备过程简单且低耗能和低温度系数以及低时耗的纳米级高性能稀土磁制冷材料的制备方法

具体制备包括如下步骤：