專利名稱：具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種固態(tài)的磁制冷工質(zhì)材料，尤其是一種具有巨磁熵變效應(yīng)的鐠釹鍶錳氧鈣鈦礦材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今世界，制冷技術(shù)起著十分重要的作用，幾乎涉及到科研、工業(yè)和日常生活的每一個(gè)領(lǐng)域。制冷方法目前主要有三種(1)利用壓縮機(jī)利用不斷的氣體膨脹所產(chǎn)生的冷效應(yīng)來制冷，這是目前最為廣泛使用的方法；(2)利用物質(zhì)相變(如融化、液化、升華、磁相變)的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。(3)利用半導(dǎo)體的溫差效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。其中，第一種方法雖然得到了廣泛使用，但也有很多問題，如氟利昂對(duì)環(huán)境的破壞，噪音，制冷效率較低等，第三種方法一般用于實(shí)驗(yàn)室，難以大規(guī)模地應(yīng)用于工業(yè)。而采用磁相變的磁制冷方法，由于采用固體工質(zhì)，無污染，噪音小，體積小，效率高(可達(dá)普通壓縮氣體制冷機(jī)的十倍)，而引起了產(chǎn)業(yè)界的很大重視。目前對(duì)磁制冷的研發(fā)，主要集中在尋找一種合適的磁制冷工質(zhì)。1976年，在稀土金屬Gd中，發(fā)現(xiàn)在室溫附近有較大的磁熵變，其不同磁場(chǎng)下的磁熵變分別為3.1J/Kg·K(1Tesla)，4.5J/Kg·K(1.5Tesla)，12J/Kg·K(5Tesla)，工作磁場(chǎng)很高，Gd居里溫度單一，價(jià)格非常昂貴，容易氧化。后來，人們?cè)谶^渡元素鐵銠合金(Fe49Rh51)中觀察到大的磁熵變，為9.4J/Kg·K(1.5Tesla)，但很難重復(fù)實(shí)現(xiàn)。1997年，在GdSiGe系列樣品中發(fā)現(xiàn)了巨磁熵變效應(yīng)，達(dá)68J/Kg·K(5Tesla)，但有效溫區(qū)很窄(<5K>。

發(fā)明內(nèi)容
(1)發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的磁熵變、較寬的使用溫區(qū)的具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料及其制備方法。
(2)技術(shù)方案本發(fā)明具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料由由鐠釹鍶錳氧構(gòu)成Pr0.5-xNdxSr0.5MnO3鈣鈦礦材料，其中的“x”的取值范圍為“0.001＜x＜0.499”。
本發(fā)明具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料的制備方法是采用溶膠—凝膠法制備Pr0.5-xNdxSr0.5MnO3，制作步驟為a、將Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2在硝酸中形成或溶膠，b、加入檸檬酸，將以上的溶膠加熱把水蒸干，形成凝膠，
c、冷卻后，將凝膠在400℃～600℃退火3～20小時(shí)，d、將以上燒結(jié)物研磨成粉狀，e、將以上粉狀研磨物用壓制的方法壓制成塊狀，f、將以上壓制成塊狀的材料在1000℃～1500℃溫度退火5～40小時(shí)，最后得到固態(tài)的Pr0.5-xNdxSr0.5MnO3鈣鈦礦材料，其中“x”的范圍為“0.001＜x＜0.499”，Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2的配比關(guān)系按摩爾數(shù)計(jì)算為6(Pr6O11)+(NdO)＝(Sr(NO3)2)＝1/2(Mn(NO3)2)。
即6份Pr6O11的摩爾數(shù)加1份NdO的摩爾數(shù)等于1份Sr(NO3)2的摩爾數(shù)等于二分之一份Mn(NO3)2的摩爾數(shù)。
(3)技術(shù)效果在這種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物的相轉(zhuǎn)變溫度附近觀察到巨大的磁熵變，比傳統(tǒng)的磁制冷工質(zhì)Gd(3.1J/Kg·K)要大得多，同時(shí)，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，并可以通過調(diào)節(jié)組分別來控制應(yīng)用溫區(qū)。這種材料有望成為一種實(shí)用的新型磁制冷工質(zhì)。
四、具體實(shí)施方案實(shí)施例1取x＝0.001，按摩爾比為1∶0.001∶6.001∶12.002的配比取Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2四種原材料，在硝酸中形成溶膠，加入檸檬酸，將以上的溶膠加熱把水蒸干，形成凝膠，冷卻后在500℃條件下退火10小時(shí)，然后把燃結(jié)物磨成粉，在1000Kg/cm2的壓力下壓成塊狀，最后在1200℃溫度下退火20小時(shí)即制得本發(fā)明的產(chǎn)品。
實(shí)施例2取x＝0.25，按摩爾比為1∶6∶12∶24的配比取Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2四種原材料，制取方法同實(shí)施例1，就可制得本發(fā)明的產(chǎn)品。
實(shí)施例3取x＝0.499，按摩爾比為0.001∶1∶1.006∶2.012的配比取Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2四種原料，制取方法同實(shí)施例1，就可以得到本發(fā)明的產(chǎn)品。
以上三個(gè)實(shí)施例的樣品均具有較大的磁熵變，并隨著“x”的取值不同，使用溫區(qū)也有所不同。在1個(gè)特拉斯磁場(chǎng)下，對(duì)實(shí)施例1的樣品在160K(溫度)附近具有7.1J/Kg·K的巨磁熵變；對(duì)實(shí)施例2的樣品，在174K(溫度)附近具有7.9J/Kg·K的巨磁熵變；對(duì)實(shí)施例3的樣品，在183K(溫度)附近具有7.3J/Kg·K的巨磁熵變。
權(quán)利要求
1.一種具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料，其特征在于該材料由鐠釹鍶錳氧構(gòu)成Pr0.5-xNdxSr0.5MnO3鈣鈦礦材料，其中的“x”大于0.001，小于0.499。
2.一種具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料的制備方法，其特征在于采用溶膠—凝膠法制備Pr0.5-xNdxSr0.5MnO3，制作步驟為a、將Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2在硝酸中形成或溶膠，b、加入檸檬酸，將以上的溶膠加熱把水蒸干，形成凝膠，c、冷卻后，將凝膠在400℃～600℃退火3～20小時(shí)，d、將以上燒結(jié)物研磨成粉狀，e、將以上粉狀研磨物用壓制的方法壓制成塊狀，f、將以上壓制成塊狀的材料在1000℃～1500℃溫度退火5～40小時(shí)，最后得到固態(tài)的Pr0.5-xNdxSr0.5MnO3鈣鈦礦材料，其中“x”的范圍為“0.001＜x＜0.499”。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料的制備方法，其特征在于Pr6O11、NdO、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2的配比關(guān)系按摩爾數(shù)計(jì)算為6(Pr6O11)+(NdO)＝(Sr(NO3)2)＝1/2(Mn(NO3)2)。
全文摘要
具有巨磁熵變效應(yīng)的磁制冷工質(zhì)材料及其制備方法是一種由鐠釹鍶錳氧構(gòu)成的鐠釹鍶錳氧鈣鈦礦材料及其制備方法,其特征在于該材料由鐠釹鍶錳氧構(gòu)成Pr
文檔編號(hào)C09K5/00GK1360003SQ0113730
公開日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者都有為, 陳鵬 申請(qǐng)人:南京大學(xué)