一種稀土RPdIn材料在低溫磁制冷中的應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種稀土RPdIn材料在低溫磁制冷中的應(yīng)用。本發(fā)明化學(xué)式為RPdIn（R=鈥Ho、鏑Dy或鋱Tb）的稀土金屬材料在低溫區(qū)磁制冷方面的應(yīng)用。該RPdIn材料具有ZrNiAl型晶體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明磁制冷用稀土RPdIn（R=鈥Ho、鏑Dy或鋱Tb）材料不僅具有良好的磁、熱可逆性質(zhì)。在0～7T磁場(chǎng)變化下HoPdIn的等溫磁熵變和磁制冷能力分別高達(dá)17.7J/kgK和635J/kg。本發(fā)明RPdIn（R=鈥Ho、鏑Dy或鋱Tb）材料采用常規(guī)技術(shù)手段制備，該方法工藝簡(jiǎn)單、適用于工業(yè)化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種稀土 RPd I η材料在低溫磁制冷中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種磁性功能材料，特別涉及一種稀土 RPdIn(R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb)材料在低溫區(qū)磁制冷方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]磁制冷材料是一種新型磁性功能材料，它是利用磁性材料的磁熱效應(yīng)(gpmagnetocaloric effect,又稱(chēng)磁卡效應(yīng)或磁熵效應(yīng))實(shí)現(xiàn)制冷的一種無(wú)污染的制冷工質(zhì)材料。
[0003]磁制冷是利用外加磁場(chǎng)而使磁工質(zhì)的磁矩發(fā)生有序、無(wú)序的變化(相變)引起磁體吸熱和放熱作用而進(jìn)行制冷循環(huán)。通過(guò)磁制冷工質(zhì)進(jìn)入高磁場(chǎng)區(qū)域，放出熱量到周?chē)h(huán)境；進(jìn)入零/低磁場(chǎng)區(qū)域，溫度降低，吸收熱量達(dá)到制冷的目的；如此反復(fù)循環(huán)可連續(xù)制冷。
[0004]磁制冷被認(rèn)為是一種“綠色”的制冷方式，它不僅不排放如氟利昂等任何有害氣體，而且與現(xiàn)有最好的制冷系統(tǒng)相比可以少消耗20~30 %的能源，而且即不破壞臭氧層又不排放溫室氣體，而現(xiàn)在使用的冰箱和空調(diào)系統(tǒng)則正在成為全世界能源消耗的主體。
[0005]目前，磁制冷主要應(yīng)用在極低溫和液化氦等小規(guī)模的裝置中。雖然諸多因素的限制使磁制冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用尚未成熟，與傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷相比，磁制冷具有熵密度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)污染、噪聲小、效率高及功耗低等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)頗具潛力的一種新的制冷方式。而取決于這一技術(shù)能否走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)的關(guān)鍵是尋找優(yōu)異的磁制冷材料。
[0006]根據(jù)研究，稀土 RPdIn (R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb)材料在各自磁轉(zhuǎn)變溫度附近部級(jí)具有較大的磁熵變和磁制冷能力，而且具有良好的磁、熱可逆性質(zhì)。在低溫磁制冷領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種稀土 RPdIn (R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb )材料在磁制冷方面的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明化學(xué)式為RPdIn的稀土金屬材料在低溫區(qū)磁制冷方面的應(yīng)用，其中R為欽Ho、鏑Dy或鋪Tb。
[0009]所述的化學(xué)式為RPdIn的稀土金屬材料具有ZrNiAl型晶體結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明磁制冷用RPdIn (R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb)材料不僅具有良好的磁、熱可逆性質(zhì)，在O~7T磁場(chǎng)變化下，對(duì)應(yīng)于欽Ho、鏑Dy和鋱Tb (應(yīng)該是HoPdIn、DyPdIn、TbPdIn)其等溫磁熵變分別高達(dá)17.7,14.4和8.2J/kgK。因此RPdIn (R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb)材料可應(yīng)用于中溫區(qū)磁制冷方面。本發(fā)明RPdIn材料采用常規(guī)技術(shù)手段制備，該方法工藝簡(jiǎn)單、適用于工業(yè)化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0011]圖1為本發(fā)明HoPdIn材料在場(chǎng)冷(FC)和零場(chǎng)冷(ZFC)磁化強(qiáng)度隨溫度的熱磁(M-T)變化曲線圖；
[0012]圖2為不同磁場(chǎng)變化下本發(fā)明HoPdIn材料的等溫磁熵變隨溫度的變化曲線圖。【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的分析，但具體實(shí)施案例并不對(duì)本發(fā)明作任何限定。
[0014]實(shí)施例1.HoPdIn材料的制備及性能測(cè)定
[0015]步驟(I).將16.49g (0.1摩爾)稀土金屬欽Ho、10.64g (0.1摩爾)金屬Pd和11.48g (0.1摩爾)金屬I(mǎi)n按照摩爾比1:1:1均勻混合成原料；將原料置于電弧爐內(nèi)，對(duì)電弧爐抽真空，爐內(nèi)的壓力小于等于IX 10_2Pa后，用體積純度為99.9 %的氬氣清洗爐膛2次，然后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)的壓力達(dá)到0.98個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
[0016]步驟(2).將處理后的原料在電弧爐內(nèi)通過(guò)電弧放電加熱至完全融化，繼續(xù)加熱5~10秒后停止加熱，自然冷卻至常溫，形成塊狀物；然后將塊狀物翻轉(zhuǎn)后再次在熔煉容器內(nèi)加熱至完全融化，繼續(xù)加熱5~10秒后停止加熱，自然冷卻至常溫，重復(fù)本步驟3次，熔煉得到成分均勻的合金鑄錠；
[0017]步驟(3).將熔煉制得的合金鑄錠密封在真空度小于等于IX 10_3Pa的石英容器中，在800°C高溫下退火處理72小時(shí)；
[0018]步驟(4).將密封的石英容器取出，在冰水中快速冷卻至常溫，制得成品。制得的成品經(jīng)X射線衍射證實(shí)為HoPdIn單相材料，該材料為ZrNiAl型晶體結(jié)構(gòu)。
[0019]步驟(5).在美國(guó)量 子設(shè)計(jì)公司生產(chǎn)的物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS-9)的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量附件上測(cè)定的上述實(shí)施例1制得的HoPdIn材料的熱磁(M-T)曲線如圖1所示。從M-T曲線中可以確定HoPdIn材料的磁轉(zhuǎn)變溫度為23K。
[0020]步驟(6).在物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量(VSM)附件上測(cè)定的實(shí)施例1制備得到的HoPdIn材料在相變溫度附近的等溫磁化(M-H)曲線。利用公式:
j/y，計(jì)算出在不同磁場(chǎng)變化下的等溫磁熵變。經(jīng)計(jì)算得到的
V Ol Jh
等溫磁熵變-Λ Sm與溫度T的關(guān)系見(jiàn)圖2。實(shí)施例1制備得到的HoPdIn材料在O~5Τ和O~7Τ的磁場(chǎng)變化下，其等溫磁熵變最大值分別達(dá)到14.5J/kgK和17.7J/kgK。
[0021]步驟(J).磁制冷材料另一個(gè)重要參數(shù)為磁制冷能力RC，磁制冷能力RC等于ASm(T)曲線的半高寬δ T_乘以磁熵變最大值Λ SMmax，計(jì)算得出實(shí)施例1制備得到的HoPdIn材料在O~5T和O~7T的磁場(chǎng)變化下，欽HoPdIn材料的磁制冷能力高達(dá)496J/kg和 635J/kg。
[0022]由圖1、圖2可知，實(shí)施例1制備得到的HoPdIn材料在23K溫度部級(jí)具有較大的磁熵變和磁制冷能力，而且具有良好的磁、熱可逆性質(zhì)。磁制冷材料的低溫區(qū)范圍為6~25K，因此可知實(shí)施例1制備得到的HoPdIn材料在低溫磁制冷領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。
[0023]實(shí)施例2.DyPdIn材料的制備及性能測(cè)定
[0024]步驟(I).將16.25g (0.1摩爾)稀土金屬鏑Dy、10.64g (0.1摩爾)金屬Pd和11.48g (0.1摩爾)金屬I(mǎi)n按照摩爾比1:1:1均勻混合成原料；將原料置于電弧爐內(nèi)，對(duì)電弧爐抽真空，爐內(nèi)的壓力小于等于IX 10_2Pa后，用體積純度為99.9 %的氬氣清洗爐膛3次，然后充入氬氣使?fàn)t內(nèi)的壓力達(dá)到0.98個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
[0025]步驟(2).將處理后的原料在電弧爐內(nèi)通過(guò)電弧放電加熱至完全融化，繼續(xù)加熱5~10秒后停止加熱，自然冷卻至常溫，形成塊狀物；然后將塊狀物翻轉(zhuǎn)后再次在熔煉容器內(nèi)加熱至完全融化，繼續(xù)加熱5~10秒后停止加熱，自然冷卻至常溫，重復(fù)本步驟2次，熔煉得到成分均勻的合金鑄錠；
[0026]步驟(3).將熔煉制得的合金鑄錠密封在真空度小于等于I X KT3Pa的石英容器中，在750°C高溫下退火處理60小時(shí)；
[0027]步驟(4).將密封的石英容器取出，在冰水中快速冷卻至常溫，制得成品。制得的成品經(jīng)X射線衍射證實(shí)為DyPdIn單相材料，該材料為ZrNiAl型晶體結(jié)構(gòu)。
[0028]步驟(5).在PPMS-9的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量附件上測(cè)定的上述方法制得的DyPdIn材料的熱磁(M-T)曲線可以確定DyPdIn材料的磁轉(zhuǎn)變溫度為35K。
[0029]步驟(6).利用公式:
【權(quán)利要求】
1.一種稀土 RPdIn材料在低溫磁制冷中的應(yīng)用，其特征在于化學(xué)式為RPdIn (R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb)的金屬材料在低溫區(qū)磁制冷方面的應(yīng)用；該RPdIn (R=欽Ho、鏑Dy或鋱Tb)材料具有ZrNi Al型晶體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C09K5/14GK103468224SQ201310361934
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】李領(lǐng)偉, 霍德璇, 蘇偉濤, 蘇昆朋, 錢(qián)正洪 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)