[发明专利]室温磁热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种室温磁热材料及其制备方法。所述室温磁热材料的制备方法包括：步骤一：采用磁控溅射沉积技术在基底上制备Gd₅Si₂Ge₂合金薄膜；步骤二：采用磁控溅射沉积技术，在Gd₅Si₂Ge₂合金薄膜上制备Ni₅₀Mn₃₇Sb₁₃合金薄膜，获取由GdSiGe/NiMnSb合金薄膜复合成的第一复合薄膜材料；步骤三：采用磁控溅射沉积技术，在所述第一复合薄膜材料的表面制备Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃薄膜，获取由GdSiGe/NiMnSb/NiMnSn合金薄膜复合成的第二复合薄膜材料；步骤四：采用磁控溅射沉积技术，在所述第二复合薄膜材料的表面制备Ni₅₀Mn₃₅In₁₅薄膜，以获取由GdSiGe/NiMnSb/NiMnSn/NiMnIn合金薄膜复合成的室温磁热材料。本发明提供的室温磁热材料的制备方法简单易操作，具有实用价值，且该复合材料成本低廉，环境友好无污染。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种室温磁热材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的增长，人口的增加以及人们生活水平的不断提高，人类对制冷技术和空调的需求在未来30年预计将大幅增长。当今社会，制冷和空调的耗电量占全球用电量的17％，约为2000TWh。如果用于制冷系统的能源效率得不到改善或没有新技术被开发使用，到2050年电力消耗将会达到目前的3倍之多。

目前，绝大多数住宅、交通、商用制冷以及空调系统采用的是气体压缩制冷技术。它是一种相对成熟的制冷技术，具有生产和维护成本低，运行安全可靠等优点。然而，在一些小型家电使用过程中，其制冷效率往往较低，卡诺循环平均效率为20％，仍具有相当大的改进空间。此外，气体压缩制冷技术的主要问题是目前使用的制冷剂对环境的不利影响，其产生的温室气体占全球温室气体排放总量的7.8％。尽管对环境友好的制冷剂非常有限，但目前使用的氢氟碳化合物预计将在未来30至40年内在全球范围内逐步淘汰。因此，人类正在投入大量的努力寻找可替代的制冷剂，以提供日常空调和制冷的使用。

近年来，基于磁热效应的磁制冷技术受到广泛关注。磁热材料在磁相变过程中存在吸放热现象，由此开发的固态磁制冷技术具有绿色环保、内禀高效、稳定可靠三大优势，能够避免传统气体压缩式制冷技术所带来的臭氧层破坏和温室效应等环境问题，是最具潜力的替代技术之一，也是当前科学研究的热点。磁热材料主要有一级相变磁热材料和二级相变磁热材料两大类。一级相变磁热材料主要包括Gd-Si-Ge，La-Fe-Si，MnAs基化合物，锰基哈斯勒(Heusler)合金，锰基反钙钛矿合金，Mn-Co-Ge，Fe-Rh合金以及钙钛矿氧化物等系列，因多数在室温区具有一级磁相变并伴随大的磁热效应而受到国内外学者的广泛关注。二级相变磁热材料主要包括二元稀土基金属间化合物、稀土-过渡金属-主族金属三元化合物及四元化合物等，其相变多位于低温区，具有良好的热、磁可逆性和导热性。理论上讲，所有的磁性材料都具有磁热效应，但具有明显磁热效应的材料并不多，只有极少数的磁性材料可用于磁制冷。因此，探究具有优异磁热效应的磁制冷材料对磁制冷技术的发展和应用具有重要的现实意义。经过长期的研究和发展，磁制冷技术已经具有广泛的应用，例如液氦的制备，低温超导技术，医疗卫生和航空航天等领域都使用了磁制冷技术。然而，目前对磁制冷技术的应用还主要集中在低温区(20K以下)，近室温区磁制冷材料还需要进一步深入研究与探索。现阶段磁制冷材料能应用的温度范围较小，还无法满足我们生产生活中对制冷效果的需求。

故研发一种可用于室温区磁制冷且性能高效稳定的磁热材料是一个值得探讨的极具应用潜力的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用几何结构梯度化设计和磁热效应匹配性来制备高效稳定的室温磁热材料新体系。

本发明为实现上述目的，提供了一种室温磁热材料的制备方法，包括如下步骤：