專(zhuān)利名稱：一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及錳的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
低溫制冷技術(shù)在氣體液化、高能物理、超導(dǎo)技術(shù)、航空航天等領(lǐng)域有著非常重要的作用。在目前，獲得并維持低溫的主要方法是利用液氦的壓縮-膨脹循環(huán)，但其效率較低、可靠性不高，而且在2 K以下的溫度區(qū)間一般還需使用稀有且昂貴的氦_3，限制了低溫區(qū)的研究和應(yīng)用。磁制冷技術(shù)則擁有裝置體積小、噪音低、可靠性高、制冷效率不受熱機(jī)循環(huán)的限制等優(yōu)點(diǎn)，且可用于空間等微重力環(huán)境，是傳統(tǒng)的氣體循環(huán)制冷技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。磁制冷技術(shù)利用的是磁熱效應(yīng)，可以用等溫狀態(tài)下磁性物質(zhì)隨外磁場(chǎng)的改變所產(chǎn)生的磁熵變來(lái)衡量。在低溫區(qū)，磁制冷技術(shù)最早使用的材料是順磁性的鹽類(lèi)，如Gd2(SO4)3(H2O)8,隨后發(fā)展到多種類(lèi)型的金屬單質(zhì)、金屬間化合物與合金等,如Nd、ErAl2^Gd3Ga5O12 λ ErAlO3O近年來(lái)，隨著配位化學(xué)和分子磁學(xué)的發(fā)展，研究者們發(fā)現(xiàn)磁性分子簇合物及配位聚合物在低溫區(qū)顯示出非常可觀的磁熱效應(yīng)，如{Fe14}、(Mn4Gd41、(Ni8Gd41、{Cu5Gd4}、(Ni12Gd36I > [Gd2 (C2H3O2)6(H2O)4].4H20、[Gd (C2H3O2) 3 (H2O) .5] n、[Mn (H2O) 6]n[MnGd (C4H4O5)3I2n.6ηΗ20。這些分子基磁制冷工質(zhì)除了性能優(yōu)于傳統(tǒng)磁制冷工質(zhì)以外,還具有以下優(yōu)勢(shì):1)分子間相互作用較弱，可避免因長(zhǎng)程有序而引起的熵變降低；2)具有確定的晶體學(xué)結(jié)構(gòu)，有利于機(jī) 理的分析和研究；3)更容易合理地在化學(xué)上進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)控。因此，分子基磁制冷工質(zhì)十分具有應(yīng)用前景。目前，分子基磁制冷工質(zhì)的研究遇到的主要困難是如何進(jìn)一步提升其制冷性能，即如何提高磁熵變或溫變值以增強(qiáng)實(shí)用性。在多核金屬簇合物和配位聚合物領(lǐng)域，各種不同的化合物所能獲得的磁制冷性能已接近極限。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種新的磁熵變較高的磁制冷工質(zhì)。本發(fā)明提供一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的配合物為二水.二(羥基乙酸)合錳(II)。所述的應(yīng)用包括代替磁制冷工質(zhì)使用。所述的磁制冷工質(zhì)包括釓鎵石榴石、釓鎵鋁石榴石或鏑鋁石榴石。所述的低溫為0.3 K 40 K。所述的磁制冷，在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為I T 7 Τ。更優(yōu)選的為所述的低溫為I 5 K，所述的磁制冷，在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為5T 7 Τ。
更加優(yōu)選的為所述的低溫為1.7 K，所述的磁制冷，在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為7T。這種配合物的合成方法是現(xiàn)有技術(shù)，其中一種方法是按1:3的物質(zhì)的量的比將碳酸錳與10%的羥基乙酸水溶液混合，在75 °C下攪拌至完全溶解，冷卻后在空氣氣氛下?lián)]發(fā)得到晶體或粉末。據(jù)發(fā)明者所知，在申請(qǐng)日之前不存在公開(kāi)的關(guān)于這種配合物的磁性以及它在低溫磁制冷中的應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。發(fā)明者測(cè)試并分析了這種配合物的磁化率，其摩爾磁化率與溫度乘積無(wú)明顯變化，摩爾磁化率倒數(shù)隨溫度變化符合居里定律，表明這種配合物具有非常弱的磁交換。發(fā)明者測(cè)試并分析了這種配合物在低溫區(qū)的磁熵變，表明這種配合物具有非常顯著的磁熱效應(yīng)，在研究中得到的最大值達(dá)到了 61.2 J/kg K，優(yōu)于此前已知的現(xiàn)有技術(shù)。

因此，發(fā)明者提出了這種配合物的一種新應(yīng)用，即用于低溫磁制冷。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果及進(jìn)步之處包括:
I)磁熵變更高，用于磁制冷效果更好。2)原料廉價(jià)易得，避免了使用稀土等稀貴礦產(chǎn)，適于工業(yè)生產(chǎn)。3)比起金屬和合金穩(wěn)定性更高，在使用時(shí)不需要隔絕氧氣。


圖1為二水.二 (羥基乙酸)合錳(II)的摩爾磁化率與溫度乘積隨溫度變化曲線和摩爾磁化率倒數(shù)隨溫度變化曲線，溫度范圍為1.8 300 K，磁場(chǎng)為0.05 T0圖2為二水.二(羥基乙酸)合錳(II)的磁熵變?cè)?0 K以下隨外加磁場(chǎng)和溫度變化曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但具體實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明作任何限定。實(shí)施例1:在40 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為I T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?.3 J/K。實(shí)施例2:在40 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為3 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?.0 J/K。實(shí)施例3:在40 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為5 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?.0 J/K。實(shí)施例4:在40 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?.7 J/K。實(shí)施例5:在10 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為I T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?.6 J/K。實(shí)施例6:在10 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為3 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?2.9 J/K。實(shí)施例7:在10 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為5 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?0.9 J/K。
實(shí)施例8:在10 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?9.3 J/K。
實(shí)施例9:在5 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為I T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?.9 J/K。實(shí)施例10:在5 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為3 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?4.2 J/K。實(shí)施例11:在5 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為5 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?8.1 J/K。實(shí)施例12:在5 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為7 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?7.9 J/K。實(shí)施例13:在2 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為I T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?6.7 J/K。實(shí)施例14:在2 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為3 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?5.8 J/K。實(shí)施例15:在2 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為5 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?6.6 J/K。實(shí)施例16:在2 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?0.7 J/K。實(shí)施例17:在0.3 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為I T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?4.7 J/K。實(shí)施例18:在0.3 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為3 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?7.9 J/K。實(shí)施例19:在0.3 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為5 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?8.2 J/K。實(shí)施例20:在0.3 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為7 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?8.3 J/K。實(shí)施例21:在0.42 K時(shí)，將I kg的二水 二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為I T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?4.7 J/K。實(shí)施例22:在0.75 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為3 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?4.3 J/K。實(shí)施例23:在1.3 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為5 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?8.9 J/K。實(shí)施例24:在1.7 K時(shí)，將I kg的二水.二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為7 T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?1.2 J/K。
權(quán)利要求
1.一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的配合物為二水 二(羥基乙酸)合錳(II)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的應(yīng)用包括代替磁制冷工質(zhì)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的磁制冷工質(zhì)包括釓鎵石榴石、釓鎵鋁石榴石或鏑鋁石榴石。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的應(yīng)用溫度為0.3 K 40 K。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的磁制冷，在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為I T 7 T。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的低溫為I 5 K，所述的磁制冷，在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為5 T 7 T。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于，所述的低溫為1.7 K，所述的磁 制冷，在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為7 T0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種配合物在低溫磁制冷中的應(yīng)用，使用的配合物是二水 二(羥基乙酸)合錳(II)，屬于錳的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的提供一種在低溫區(qū)具有更高制冷效果的磁制冷工質(zhì)。本發(fā)明中使用二水 二(羥基乙酸)合錳(II)的溫度范圍是0.3K~40K，使用時(shí)在磁化階段所施加的磁場(chǎng)為1T~7T。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在1.7K時(shí)將1kg的二水 二(羥基乙酸)合錳(II)等溫磁化，當(dāng)外加磁場(chǎng)為7T時(shí)，所得到的磁熵變?yōu)?1.2J/K。
文檔編號(hào)C09K5/08GK103146352SQ20131002452
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者童明良, 陳龑驄, 劉俊良, 郭富盛, 冷際東, 賈建華 申請(qǐng)人:中山大學(xué)