室温磁制冷材料的研究进展(16)

内蒙古科技大学本科毕业论文论文题目：室温磁制冷材料的研究进展院系：物理科学与技术学院专业：应用物理姓名：学号：**********指导教师：完成日期：2012年5月摘要磁制冷是利用磁性材料所具有的磁热效应的原理制冷的，它是通过磁性材料 磁矩的有序度在外磁场中发生变化而引起熵变(S ∆)来达到制冷的目的。

磁制冷 与传统的气体压缩制冷技术相比，具有效率高、耗能小、无污染等特点。

室温磁 制冷技术有广泛的应用范围，如家用制冷器，汽车空调，超级市场、食品工业、 医疗卫生事业等领域使用的制冷器，因此室温磁制冷技术具有非常广泛的市场前 景。

本文概述了传统磁制冷技术的局限，简述了室温磁制冷材料的发展历史。

介绍了室温磁制冷材料的分类，重点讲述了磁制冷材料415)(x x Ge Si Gd -合金以及等材料的研究。

最后预测了磁制冷材料的发展趋势。

因为制冷与我们的生活息息相关，它直接影响了能源的使用和环境的质量，因此研究和发展节能、安全、环保的新型制冷方式就非常迫切，意义重大。

传统的制冷技术正在经受环保和能源方面的双重挑战。

然而磁制冷技术作为一种高效、环保的新型制冷技术，应用前景非常广泛。

目前低温领域的磁制冷技术已经相当成熟，但在室温领域还处于探索研究阶段。

因此，在低磁场下寻找能产生巨磁热效应的室温磁制冷材料具有重要意义。

关键词: 磁制冷；磁热效应；室温磁制冷材料；居里温度Magnetic refrigeration technology is a kind of efficient and environmentally friendly new refrigeration technology, the application prospect of very extensive. Room temperature magnetic refrigeration materials is room temperature of magnetic refrigeration key factors. This paper expounds the development prospects of magnetic refrigeration technology, as well as the basic principle, this paper introduces the magnetic refrigeration materials in recent years and the progress in research of magnetic refrigeration materials at the development prospects. Key words: magnetic refrigeration; Magneto-caloric effect; Room temperature magnetic refrigeration materials; Curie temperature引言 .......................................... 错误!未定义书签。

1磁制冷概述 .................................. 错误!未定义书签。

1.1传统制冷技术的局限 ...................... 错误!未定义书签。

1.2磁制冷技术 (5)1.2.1磁制冷的基本原理 ..................... 错误!未定义书签。

2室温磁制冷材料的研究进展 (7)2.1磁制冷技术研究的发展过程 (7)2.2室温磁制冷材料的研究进展 (8)2.2.1磁制冷材料的分类 (8)2.2.2415)(x x Ge Si Gd -合金 ..................................... 9 2.2.3131)(x x Si Fe La -合金 . (10)2.2.4重稀土元素及其合金 .................................. 10 2.2.5x x As MnFeP -1系及x x Sb MnAS -1系化合物 (11)2.3磁制冷材料的应用 ........................ 错误!未定义书签。

3室温磁制冷研究展望 .......................... 错误!未定义书签。

结论 .......................................... 错误!未定义书签。

参考文献 ...................................... 错误!未定义书签。

致谢 .......................................... 错误!未定义书签。

随着现代社会的发展和生活质量的提高人们都要求有舒适的环境，作为现代科学血液的制冷技术在近200年逐步发展和成熟，给人类的生活带来了舒适和享受，也给科学和技术提供了研究和使用的平台。

因为人类有将近三分之一消耗在制冷上，因此制冷技术的状况对人类的生存和可持续发展就显得极为重要。

从技术层面上说制冷按照使用的原理不同主要有液体气化制冷、气体膨胀制冷、吸收制冷、吸附制冷、热电制冷、涡流管制冷、热声制冷、脉冲管制冷以及磁制冷等多种形式，但目前的主流制冷方式是液体汽化制冷。

液体汽化制冷大量使用的氟利昂会对大气造成严重的空气污染，它不但破坏大气层上空的臭氧环境（R12，R22，R502等制冷性能优良的主流制冷剂），而且还具有大量的温室效应。

此外新近在冰箱上尝试使用的异丁烷600a 也存在爆炸性这样的安全问题。

1881年 E.Warburg 先观察到金属铁在外加磁场中具有热效应，1895年ngeviz 发现了磁热效应。

1926年和1927年P.Debye 、W.F.Glauque 两位科学家分别从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论后磁制冷开始应用于低温制冷。

1976年美国国家航空局的Brown 首次将磁制冷技术应用于室温范围，采用金属Gd 作为磁制冷工质，在7T 的超导磁场和无热负荷的条件下获得了47K 的温度差。

1997年美国的Ames 实验室的Pecharsky 等发现Gd5Si2Ge2材料在室温附近就拥有巨磁热效应，Gd5Si2Ge2材料的磁熵变可高于金属Gd 一倍。

一系列的发现给室温磁制冷技术商业化产业化带来了希望。

目前有不少国家的科研人员在开发室温磁制冷材料方面进行了广泛的研究，并取得了很多有益的成果，可以预期在不久的将来，磁制冷空调、磁制冷冰箱等新型的环保制冷设备将在人们生活中广泛的应用。

因此磁制冷技术和新型的室温磁制冷材料的研发成为各国竞相开展的热点领域。

一般来说，稀土元素具有较大的磁矩，因此稀土及其合金化合物是目前室温磁制冷材料的研究重点。

目前对稀土合金化合物的研究主要集中在225i Ge S Gd 系列化合物和13)(FeSi La 系列化合物等。

1磁制冷概述在进一步提高蒸汽压缩式制冷效率和减少对环境危害的同时科学家和工程研究人员开始探索新的制冷技术，如热电制冷、热声制冷、吸收（附）制冷以及磁制冷等技术。

1.1传统制冷技术的局限制冷技术自100多年前被发明以来，迄今都是利用气体压缩膨胀的制冷循环过程来制冷。

20世纪20年代问世的氟利昂由于作为制冷剂的优秀性能被广泛应用，至今各种制冷机向大气中排放的氟利昂已超过2000万吨。

氟利昂在紫外线的作用下会分解，释放出的氯原子同臭氧发生连锁反应，不断破坏臭氧层。

科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。

2003年臭氧空洞已达2500万平方公里。

这给人类健康和生态环境带来多方面的危害，例如平流层臭氧减少万分之一，全球白内障的发病率将增加0.6%—0.8%，意味着因此失明的人数将增加1万—1.5万人。

鉴于此，1987年24个国家签署了禁用氟利昂的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，中国政府也于1991年宣布加入议定书并主动将禁氟期限从原定的2010年提前到2007年7月1日。

目前新出厂的空调或冰箱等产品所用多为不含氟的R410A环保新冷媒。

但服役中的制冷产品仍有大约八成没有更新换代，各国政府并未强制将其报废。

此外，正如我们曾经认为氟利昂干净无害，新冷媒的“环保”也只是针对目前的认知而言，对环境有无潜在威胁尚未可知。

最重要的是，只要仍在使用气体制冷，其固有的噪音大、功耗大以及效率低等缺点就仍然存在。

1.2磁制冷技术那么，有没有无污染、无噪音、节能、体积小且不用过多的人力维护的制冷机呢？这在过去似乎只是人类一厢情愿的美好愿望，但现在，一种被称为“室温磁制冷”技术的发展让我们看到一线曙光。

室温磁制冷即用磁性材料制冷的技术。

磁制冷是一项绿色环保的制冷技术。

与传统蒸汽式压缩制冷技术相比，磁制冷采用磁性物质作为制冷工质，对臭氧层无破坏作用，无温室效应，而且磁性工质的磁熵密度比气体大，因此制冷装置可以变得更紧凑磁制冷采用电磁体或超导体以及永磁体提供所需的磁场，无压缩机，运动部件少而且转速慢，因此机械振动及相应的噪声小，可靠性高，寿命长。

在效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的30%~60%，而蒸汽压缩式制冷一般仅为5%~10%。

因此制冷技术具有很好的应用前景。

1.2.1磁制冷的基本原理磁制冷方式是一种以磁性材料为工质的制冷技术，其基本原理是借助磁制冷材料的可逆磁热效应。

磁热效应又称磁卡效应，是磁性材料的一种固有特性，是指由外磁场的变化引起材料的内部磁熵的改变并伴随着材料的吸热和放热。

1881年Warburg 首先发现金属铁在外加磁场中的磁热效应 ）；MCE ic gnetocalor ,(Ma 随后，Debye 和Cisuque 分别解释了磁热效应的本质，并提出在实际应用中利用绝热退磁过程获得超低温；近年来在温室范围利用磁热效应制冷也有了很大的发展。

无论在室温区还是在低温区，磁性材料热效应的大小是决定其制冷能力的关键。

磁热效应的磁制冷工作原理为：磁性物质（磁工质）是由具有磁矩的原子或离子组成的结晶体，自身有一定的热运动或热振动。

图一为磁致冷原理示意图。

在没有外加磁场时，磁工质内部磁矩的取向是随意的，此时磁熵较大。

当等温磁化时，磁矩将沿外磁场方向排列，使磁熵降低，此时磁工质向外界排出热量；绝热去磁时，由于磁性原子或离子的热运动，磁工质内部的磁矩又趋于无序状态，磁熵增加，此时磁工质从外界吸热，实现制冷的目的。

这种对应于磁场增强（减弱）条件下的放（吸）热的物理现象，称为磁热效应（Magnetocaloric Effect, MCE ），具有磁热效应的磁性物质称为磁制冷工质材料。

磁热效应是所有磁性材料的固有本质。