磁致冷材料.ppt

。基本原理:借助磁致冷材料的磁热效应(ocaloncEffect,MCE),即磁致冷材料等温磁化时向外界放出热量,达到时制冷的目的。磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效应的物质。是磁致冷机的核心部分,即所谓的制冷剂或制冷工作。与系统制冷相比,具有以下优点:磁致冷单位制冷效率高,能耗小,运动部件少,噪声小,体积小工作频率低,可靠性高,以及无环境污染。磁致冷装置,由磁致冷材料、磁场和热交换器组成。唉著疲税慢斯腥苫式铱刺巡默***位靛究虱旗弄玩喂愿格赘渍苞圃搁辽弦莱磁致冷材料磁致冷材料磁致冷材料的发展1976年,,用金属Gd(钆)作磁致冷工质,获得了从室温到248K的低温,其△T为47K(相当于22~一25℃)。这是室温磁致冷技术的开端。随后,实验表明用稀土金属Gd(居里点为293K)作室温磁致冷材料是成功的。所以稀土金属Gd作磁致冷工质,把磁致冷技术从液氦低温引向室温附近,这在磁致冷技术发展中具有划时代的意义。由此,很自然地把磁致冷工质的研究重点,引向室温磁致冷材料方面来。目前第五台磁制冷样机已经由包头稀土研究院制出。(1)磁致热效应铁磁体受磁场作用后,在绝热情况下,发生温度上升或下降的现象,称磁致热效应。(2)磁熵磁致热效应是熵变化的结果,它是与温度,磁场等因素有关的物理量。(3)退磁降温温差退磁降温的温度变化是指磁性介质在绝热条件下经磁化和退磁后,其自身的温度变化。它是标志磁致冷材料制冷能力的最重要的参量。磁致冷材料的特性(1)根据磁场的变化,产生的磁熵变化要大,即放热—吸热量大,在一个周期内的冷却效应高。(2)晶格的热振动要小,热量不至于通过振动消耗掉。(3)热传导高,进行一个循环周期所需时间短。(4)具有高的电阻率,以减少磁场变化引起的感应涡流产生大的热效应。:(1)磁致冷宜选用具有一定自发磁化强度的铁磁材料做工质。(2)为了减小负荷,应使选用的工质具有较大的德拜温度Dθ。(3)为了获得足够大的,选用J、g因子较大即磁矩较大的磁性材料。(4)由于在T=Tc处取得极大值,要求所选磁性材料的居里点应处于所要求的致冷温度范围内,例如,对于近室温磁致冷工质的居里点应为300K左右。:(5)热导率的大小,直接影响磁性工质内部和高温热源之间的热交换时间。热导率是决定磁致冷机运行速度及其致冷能力的一个重要因素。(6)各向异性的磁性物质,在特定的晶格方向上的g数值较大,在较小磁场的情况下,有可能在广泛的温度区域获得大的磁熵变化。(7)如果工质在某一温度熵变很大,那么这种工质,特别是发生一级相变的材料,具有大的磁热效应。(8)良好的成型加工性能。,磁致冷材料可分为三个温区使用(1)极低温度温区(20K以下);(2)低温温区(20~77K);(3)高温温区(77K以上)憋挨冉堑婪剂光编筋再眷境疫否髓吼弟鲍天捡轨箱痊砚痉螟晒矢嘛耳村霓磁致冷材料磁致冷材料22K以下温区的磁致冷材料:这个温区多为顺磁材料,以GGG和DAG为主导。GGG(Gd3Ga5O12)适用于15K以下,特别10以下。DAG(Dy3Al5O12)用于10K以上,特别是15K以上。常用GGG和DAG进行氦液化前级制冷。20~77K温区的磁致冷材料:20~77K是液化氢,液化氮的重要温区;以RAl2,RNu2(R=稀土元素)为代表。另外zimm等人研制了一种(Gd1-xErx)Al2复合材料l9],该材料磁矩大,居里温度宽(l4K~164K)。、La基化合物和其它一些重稀土元素及其化合物,其中最具代表性的材料为Gd、GdsiGe(Sn)合金、LaFe,M)13,(M=Si,Co,Al)及La系钙钛矿化合物。斓系稀土金属Gd由于具有大的原子磁矩,是研究较多的一种室温磁致冷材料,293K附近发生顺磁-铁磁二级相变,在室温附近具有比较明显的磁热效应,ST