gddyfe和gdtbfe合金的磁熱效應(yīng)研究

1、第 2 3 卷 第 5期 2 0 0 2年 1 O月 稀 土 Chi n e s eRa r eEa r t h sVo 1 ． 2 3． No． 5O c t o b e r2 0 0 2G d D y F e 和 Gd T b F e合金 的磁 熱效應(yīng)研 究 劉 學(xué)東 ， 張 偉 ， 李 國(guó)棟 ( 1 ．內(nèi)蒙古大學(xué) 物理系 稀土功能材料實(shí)驗(yàn)室 ， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 1 ；2 ． 淮海工學(xué)院 基礎(chǔ)部 ， 江

2、蘇 連云港 2 2 2 0 0 5 )摘 要 ： 研 究 了 Gd o ． 5 Tbo ． 5 ?F e 及 G d o ． 5 D y o ． 5 一 ， F e ， ( x —O ． 2 ， 0 ． 3 ， y =0 ． 2 ， 0 ． 3 ) 系 列稀 土合 金在 2 6 O ～ 2 9 0 K 溫 區(qū) 范圍的磁 熵變 ， 發(fā)現(xiàn) 這二 種 系列合 金 均具有 較大 的磁 熵變 △s， 適 合作 為低磁 場(chǎng) 下 ( ～1 ． 5 T

3、) 的室 溫磁制 冷 材料 。關(guān) 鍵詞 ： 磁 制冷 I 磁制冷 材 料 ； 磁熵 變 ； 居 里溫度 中圉分類 號(hào) ： O4 4 1 ． 6文獻(xiàn) 標(biāo)識(shí) 碼 ： A文章 編 號(hào) ： 1 0 0 4 — 0 2 7 7 ( 2 0 0 2 ) 0 5 — 0 0 6 0 — 0 3隨著對(duì) 室溫磁制冷材 料研究的不斷深入 ，人們 的 目光逐漸集 中到努 力尋 找在低磁場(chǎng)下于室溫附近 具有較大磁熵變且成本低 的磁制冷材料 。值得一提 的是 ，

4、稀土磁體具 有較高 的飽和磁化強(qiáng)度 、磁晶各 向異性和獨(dú)特 的磁結(jié)構(gòu)及 磁相轉(zhuǎn)變 ，在外磁場(chǎng)作用 下會(huì)產(chǎn)生很大 的磁熵變 ，而且一些稀土磁體 的居里 溫度恰好在 室溫附近 ，所 以 目前所研究 的磁制冷材 料基本上集中在稀土金屬 及其金屬 間化合物方面 。在 高溫 溫 區(qū) ( 7 7 K 以 上 ， 含 室 溫 及 以 上 溫 區(qū) ) 磁 制冷材料 中品格 系統(tǒng) 的熱 容量 顯著增 大 ， 磁卡諾循 環(huán)的效應(yīng) 會(huì)被大 的品格熱容 所破

5、壞 ， 而磁埃 里克森 循環(huán)則可以克服大的品格熱容 的影響[ 1] 。 磁埃里克 森循環(huán)要求在熵 溫 圖( 1 i pS —T 圖) 上 的等磁場(chǎng) 曲線 應(yīng)是 一條平 滑的 曲線 ， 由于單 一的 磁制冷 材料在熵 溫 圖上磁熵變 曲線僅有一個(gè)峰值 ， 達(dá)不到這個(gè)要求 ，所 以磁埃里克森循環(huán)制冷 的磁制冷材料應(yīng)是復(fù)合材 料 “ ] ， 使幾種 相變 溫度 T各 不相 同的鐵磁 物質(zhì) 復(fù) 合成 一種 在制冷 溫 區(qū)內(nèi)磁 熵變 化 比較

6、平 滑 的新材 料 。1實(shí) 驗(yàn) 將 金 屬 釓 ( G d ) 、 鋱 ( Tb ) 、 鏑 ( D y ) ( 純 度 均 為 9 9 ． 9) 和 a 一鐵 ( F e ) 按 比例稱重 配料 ， 在非 自耗 真 空 電弧 爐 中 熔 煉 成 GdTb 。F e及 G d 。 ．D y 。F e( x0 ． 2 ， 0 ． 3 ， y 一 0 ． 2 ， 0 ． 3 ) 合 金 ， 然 后 在 真 空 燒 結(jié)爐 中進(jìn)行 退火 ( 溫

7、 度保 持在 9 0 0 ℃) 1 2個(gè)小 時(shí) ， 使 之均勻化 。 從樣品上截取一小 圓球 狀試 樣 ， 質(zhì)量大 約 在 2 5 mg左右 ， 在 WK V S M 型振 動(dòng)樣 品磁強(qiáng)計(jì)上 測(cè) 量試樣 的 M—T 曲線 ， 由低磁場(chǎng) 下的 M —T 曲線估 計(jì)居里點(diǎn) ； 在居里點(diǎn) 附近選取 不同的溫度 ， 測(cè)出外磁 場(chǎng) 變 化 0 ～ 1 ． 5 T 時(shí) 每 一溫 度 下 的磁 化 曲線 ( M —H) ， 控 溫 精 度 土 0 ．

8、 5 K。2結(jié)果 與分 析 對(duì)磁性 系統(tǒng) ， 熱力學(xué) 麥克斯韋關(guān)系式 為 ：((a S)( 1 )其 中 S是熵 ， T 是溫 度 ， M 是磁性 系統(tǒng)在 外 磁場(chǎng) 作 用下系統(tǒng) 的總磁矩 ， 對(duì) 一個(gè)磁 系統(tǒng) 施加 或撤去磁 場(chǎng) 過程中 ， 系統(tǒng) 的磁熵變 為 ：B rA S M ( T ， B ) 一 J () B d B( 2 )在居里 溫度 T c 附近 ， 磁熵變 △S M有最大值 ； 磁熵變 △S M與 磁性離 子或 原 子

9、 的總角 動(dòng)量 J 和 朗德 因子 g密切相關(guān) ， 為獲得較 大的磁熵變 ， 磁制冷材料的 J和 g應(yīng)較大 ， 稀土磁體 正是具備 這些特 點(diǎn)而 受到 廣 泛關(guān) 注 [ 5 ] 。利用 實(shí) 驗(yàn)測(cè) 得 各樣 品在 不 同溫 度 下 的磁 化 曲 線 ， 結(jié) 合 ( 2 ) 式 計(jì) 算 出 合 金 在 外 磁 場(chǎng) (。 H) 變 化 1 ． 5 T 時(shí) 的 磁 熵 變 △S M ， 利 用 低 磁 場(chǎng) 下 (。 H ：收 稿 日期 ： 2

10、0 0 1 — 0 7 — 2 3作 者簡(jiǎn)介 ： 劉學(xué)東 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 內(nèi)蒙古 赤峰人 ， 內(nèi)蒙古 大學(xué) 碩士研 究生 ， 主要研 究方 向?yàn)橄⊥?功 能材料 。維普資訊 http://www.cqvip.com 6 2稀 土 第 2 3卷 Q - ＼3 ＼∞司 溫度 ／ K圖 3Gd o ． 5 T b o ． 2 F e o ． 3 及 Gd o ． 5 Tb o ． 3 F e o ． 2合金在

11、 外磁 場(chǎng)從 0 變 到 1 ． 5 特 斯拉 時(shí)的 磁熵 隨沮 度變 化關(guān) 系 曲線 Fi g ． 3De p e n d e n c eo fGd o ． 5 Tb o , 2 F e o ． 3a n dGd o ． 5 Tb o ． 3 F e m2m a g n e t i ce n t r o p yc h a n g eo nt h et e m p e r a t u r eu nd e ram a g n e t i

12、cf i l e du pt o1 ． 5 T3結(jié)論 通 過 在 低 場(chǎng) 下 ( ～ 1 ． 5 T) 對(duì) G d 。 ．T d 。F e，Gd o ． s Dy 0 ． s— yF e y ( x 一 0 ． 2 ， 0 ． 3 ， Y一 0 ． 2 ， 0 ． 3 ) 四 種 合 金的等溫磁化 曲線測(cè) 量 ， 利 用數(shù)值 積分法 計(jì)算最大 磁 熵 變 △ S M ， 發(fā) 現(xiàn) Gd D y F e 、 Gd Tb F e合 金 有 較

13、 為 可 觀的磁熵變△S M ， 通過調(diào) 節(jié)合金 中各成分 的 比例 可 拓寬磁制冷 溫區(qū) ， 表 明 Gd 。 ．T b 。F e、 G d 。 ．D y 。，F(xiàn) e ， ( x 一0 ． 2 ， 0 ． 3 ， y =0 ． 2 ， 0 ． 3 ) 系列合金是 良好 的室 溫磁制冷材料 。參考 文獻(xiàn) [ 1 3 橋 本巍 洲 ．磁制 冷 中磁 性材 料 的 應(yīng)用 [ M ] ． 東 京 ： 工業(yè) 調(diào) 查會(huì) ， 1 9 9 0 ． 5

14、 6 — 6 2 ．[ 2 ]陳 國(guó)邦 ．最 新 低溫 技術(shù) [ M] ．北 京 ： 機(jī) 械 工業(yè) 出版社 ，19 9 4 ． 2 4 — 2 8 ．[ 3 ]S ma i l iA， Ch a h i n eR． C o mp o s i t ema t e r i a l sF o rE r i c s —s o n— l i k ema g n e t i cr e f r i g e r a t i o nc y c l e[

15、J ] ． JAp p lP h y s， 1 9 9 7， 8 1( 2 ) ： 8 2 4 - 8 2 9 ．[ 4 ] L i uXY， B a r c l a yJA． Th e r mo ma g n e t i cp r o p e r t i e so fa mo r p h o u sr a r e -e a r t ha l l o y swi t hF e ， Ni ， o rC o [ J ] ． JAp p lP

16、 h y s， 1 9 9 6， 7 9 ： 1 6 3 0 ．[ 5 ] 龍毅 ， 葉士祿 ， 等 ．室溫磁 制冷 稀土 化 合物 磁 熱效 應(yīng)研 究[ J ] ． 低溫 工 程 ， 1 9 9 1 ， 6 3 ( 5 ) ： 5 - 1 1 ．[ 6 ] B r o w Gv ． Ma g n e t i ch e a tp u mp i n gn e a rr o o m t e mp e r a —t u r e D] ．

17、JAp pP h y s ， 1 9 7 7 ， 4 7 ( 8 ) ： 3 6 7 3 ．[ 7 ] P e c h a r s k yV K． T u n a b l ema g n e t i cr e f r i g e r a t o ra l l o y sw i t hag a i n tm a g n e t o e a l r i ce f f e c tf o rm a g n e t i o nf r o m ～

18、 2 O ～2 9 O K[ J ] ． Ap p lP h y sL e t t ， 1 9 9 7 ， 7 0 ： 3 2 9 9 — 3 3 0 3 ．[ 8 3 李 卓 堂 ， 吳 佩 芳 ．稀 土材 料 的 磁 熱 效 應(yīng)及 應(yīng) 用 [ J ] ． 化 學(xué) 進(jìn) 展 ， 1 9 9 5 ， 7 ( 2 ) ： 1 4 0 — 1 5 1 ．[ 9 3 邵元 智 ． Gd二 元 系金 屬 間化 合 物 的 磁 熱效 應(yīng) [ J ]

19、 ．中 山大 學(xué)學(xué) 報(bào) ( 自然 科學(xué) 版 ) ， 1 9 9 4 ， 3 3 ( 1 ) ： 1 0 3 ．A S t u d yo fM a g n e t o c a l o r i cEf f e c to fAl l o yGd Dy F ea n dGd Tb FeL X u e — do n g， ZH AN G W e i 。 ， LIGu o — d o n g。( 1 ． L a b o r a t o r y

20、o ，Ra r eEa r thFu n c t i o n a lMa t e r i a l s ， De p a r t m e n to ， Ph y s i c s ， I n n e rMo n g o l i aUn i v e r Mt y， Hu h h o t0 1 0 0 2 1 ， Ch i n a ；2 ． Bas i cSc i e n c eDe pa r t me n t， H u a i h a iCo

21、 l l e geTe c h n o lo g y， Li a n y u n ga n g 2 22 0 0 5， Ch i n a)Ab s t r a c t ： A s e r i e sa l l o yo fGd o ． s Td o ． 5 一 - Fea n dGd o ． 5 Dy o ． 5 一 y Fe y ( x = 0 ． 2， 0 ． 3 ， y = 0 ． 2， 0 ． 3 ) we r es t u

22、 d i e da tt e r n—p e r a t ur e sb e t we e n2 6 0 K ～ 2 9 0 K u n d e ram a g n e t i cf i e l du pt o1 ． 5 T． W ef o u n dt h a tt h es t u di e da l l o y s ， wi t hg i a n tm a g n e t i ce n t r o p yc h a n g ea

23、 n dCu r i et e mp e r a t u r en e a rr o o m t e mp e r a t u r e， a r es u i t a b l ef o rwo r ki n gs u b s t a n c e so fr o o m t e mpe r a t u r em a g n e t i cr e f r i g e r a t i o na tl o w ma g n e t i c

24、f i e l d( ～ 1 ． 5 T ) ．’Ke ywo r d s ： ma g n e t i cr e f r i g e r a t i o n； , m a g n e t i cr e f r i g e r a n two r ki n gma t e r i a l s； m a g n e t i ce n t r o p yc h a n g e； Cu r i et e m pe r a t ur e維普資訊