磁制冷的历史及进展
磁制冷[利用磁热效应的固态制冷方式]
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磁制冷[利用磁热效应的固态制冷方式]发展沿革近年来，人类社会的可持续发展对传统蒸汽压缩式制冷技术在环保、能效等方面提出了更高要求，发展环境友好、节能高效的新型制冷技术成为有效的解决手段之一。
磁热效应（magnetocaloric effect，MCE）是一种变化磁场下磁性材料磁矩有序度发生变化而导致的热现象。
在磁性材料被磁化时，磁矩有序度增加，磁熵减小，温度上升，向外界放出热量；退磁时，磁性材料磁矩有序度减少，磁熵增加，温度下降，自外界吸收热量。
1881 年， Warburg在金属铁中首次发现了这种现象，随后Giauque进行了绝热去磁的应用研究，并于1927年获得小于1 K的低温。
1976 年室温磁制冷技术出现了突破性进展，美国NASA的Brown采用稀土金属钆（Gd）搭建了第一台室温磁制冷样机，并引入回热概念，在7T超导磁场下获得47K无负荷制冷温跨。
基于回热器式室温系统的实践经验，1982年Barclay与Steyert 进一步提出了主动磁回热器原理（activemagnetic regenerator，AMR），并构建出主动磁制冷循环，为目前绝大多数室温磁制冷机采用。
当前室温磁制冷技术已在磁热材料研发、流程设计回热器制备工艺、磁路设计等方面获得了不小的进步。
1997年Gschneidner 和Gschneidner发现了GdSiGe基材料的巨磁热效应，随后胡凤霞等发现了比 Gd 绝热温变更大且价格更便宜的LaFeSi基材料；当单层 AMR 技术满足不了制冷性能的需求时，通过元素调节和掺杂可以调节材料的居里温度点，为多层AMR 的应用奠定了材料学基础。
这些材料方面的进展带动了近期室温磁制冷的研究热潮，据2015 年统计数据，自1976年以来已公布的室温整机系统达到48台，其中近五年的样机数量占据总数的43%，这也标志着室温磁制冷技术进入了快速发展的阶段。
近年来，在磁制冷循环、数值模拟与样机等方面，室温磁制冷技术已出现了不错的进展: 许多学者通过热力学分析对磁制冷循环进行理论研究，提出了复合式磁制冷循环和耦合回热式制冷的主动磁制冷循环等概念；由于磁制冷系统的数值模型涉及磁、热、流体等多个物理场的耦合，数值仿真模型比较复杂，也已逐步构建出不同维度的仿真模型；随着对运行机理理解的深入，室温磁制冷样机的形式也在不断演化，例如旋转回热器/磁体系统等。
磁制冷技术的最新动态
磁制冷技术的最新动态磁制冷技术的最新动态步骤一：引言磁制冷技术是一种新兴的、环保的制冷方式，其基本原理是通过改变磁场中材料的磁矩来实现制冷效果。
与传统的压缩机制冷相比，磁制冷具有更高的能效和更低的环境污染，因此备受关注。
本文将根据磁制冷技术的最新动态，为读者介绍该技术的发展现状和未来前景。
步骤二：回顾磁制冷技术的基本原理磁制冷技术的基本原理是通过对材料中的磁矩进行调控来实现制冷效果。
当一个磁场施加到材料上时，材料中的磁矩会发生变化，导致材料中的熵增加，从而使温度下降。
这种制冷方式与传统的压缩机制冷相比，不需要使用制冷剂，因此更环保。
步骤三：最新动态近年来，磁制冷技术在研究和应用领域取得了重要进展。
以下是磁制冷技术的最新动态：1. 新材料的发现：磁制冷技术需要具有特定磁性质的材料，以实现调控磁矩的目的。
最近，科学家们发现了一些新型材料，比如磁性金属合金和稀土材料，具有较大的磁矩变化范围和较低的磁场强度要求，这为磁制冷技术的应用提供了更多可能。
2. 提高制冷效率：为了进一步提高磁制冷技术的效率，研究人员正在探索新的材料结构和磁场调控方法。
例如，一些研究表明，在纳米尺度下调控材料的磁性质可以显著提高磁制冷的效果。
此外，研究人员还在探索将磁制冷技术与其他制冷方式结合的可能性，以进一步提高整体制冷效率。
3. 应用领域的拓展：磁制冷技术目前主要应用于小型制冷装置、低温悬浮系统等领域。
然而，随着技术的不断发展，磁制冷技术在更广泛的应用领域展现出巨大潜力。
例如，磁制冷技术可以应用于电子设备和电动车辆的制冷系统，提高其能效并减少对环境的影响。
步骤四：未来前景磁制冷技术作为一种新兴的、环保的制冷方式，具有广阔的发展前景。
随着新材料的不断发现和制备技术的进步，磁制冷技术的效率将不断提高，使其在更多领域得到应用。
此外，随着全球环保意识的提高，磁制冷技术有望成为替代传统制冷方式的主流技术。
综上所述，磁制冷技术作为一项新兴技术，在近年来取得了重要进展。
磁制冷的现状
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。
实际上，磁制冷技术的研究由来已久，但早期的研究主要集中在低温区，即77K（零下196摄氏度）以下的范围，因而这类磁制冷机一般应用于低温超导等领域的研究。
近年来室温磁制冷的开发源于对于金属钆（元素符号Gd）的使用。
1976年，美国国家航空暨太空总署（NASA）以钆为磁制冷工质制造出了世界上第一台室温区磁制冷样机。
但由于钆价格昂贵、提纯困难，且性能仍无法达到实际使用的要求，因而只是作为一种探索性材料存在于实验室中。
1997年，当年美国能源部埃姆斯实验室（Ames Laboratory）的Karl A. Gschneidner 教授首先发现伪二元合金Gd5（Si1-xGex）4具有大磁热效应，其磁熵变远大于金属钆，且原材料价格低廉，工作温度可以通过调节成分达到室温区。
浅谈磁制冷技术的应用与发展
浅谈磁制冷技术的应用与发展作者：田兆清来源：《科学之友》2009年第27期摘要:本文主要从磁制冷的原理及特点、常用磁制冷循环、磁制冷的应用以及磁制冷技术的历史和发展进行阐述。
关键词:磁制冷;磁热效应;进展中图分类号:TB69 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)27-0015-02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致冷材料的可逆磁热效应,又称磁卡效应 (Magnetoc~ofic Effect,MCE)即磁致冷材料等温磁化时温度升高向外界放出热量,而绝热退磁时温度降低从外界吸收热量,从而达到制冷目的。
目前,由于全球气候的日趋变暖和灾害性天气的频繁发生,过去的制冷技术因存在着制冷效率低,能耗大,对地球温室效应影响大的问题,已经不再适应社会的需求。
在这样的情况下,磁制冷作为一项节能环保的绿色制冷技术,开始备受瞩目。
为此,为了能让更多的人理解磁制冷技术,本文将谈谈磁制冷技术的应用及发展。
1磁制冷的原理及特点1.1磁制冷的原理磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料。
磁制冷就是利用磁性材料的磁热效应,又称磁卡效应(MCE)来实现制冷的。
而从热力学上说,磁热效应是通过外磁场使磁性材料的熵改变,从而形成一个温度变化,其变化为:dU=TdS+µ0HdM-PdV (1)在忽略了体积效应后得到:d(U-TS-µ0HM)=-SdT-µ0MdH(2)由全微分关系得:(∂S/∂H)T=µ0(∂M/ ∂T)H(3)因此,在等温情况下外磁场的变化引起的磁熵变为:△S=µ0∫Hf Hi(∂M/∂T)H dH对于绝大多数材料,系统的体积效应是可以忽略的。
同样,在绝热情况下的磁系统在外磁场发生变化时的温度变化为:△T=-µ0∫T/ CH(∂M/ ∂T)H dH从上式看出,当磁性材料磁化时,dH >0,所以系统温度升高;同样,当磁性材料去磁时,dH1.2磁制冷的特点磁制冷技术是一项节能环保的绿色制冷技术,与传统的气体压缩式制冷技术相比较,磁制冷的效率高,可获得足够的低温;热动力循环效力达60 %,为普通电冰箱的1.5倍,膨胀的制冷循环一般只能达到5 %～10 %。
铁磁制冷材料的开发与性能优化研究
铁磁制冷材料的开发与性能优化研究铁磁制冷材料是一种有望取代传统制冷剂的新型材料，它能够在低温下通过磁场改变材料的温度，从而实现制冷效果。
在过去的几十年中，铁磁制冷材料的开发和性能优化一直是研究者关注的焦点。
本文将介绍铁磁制冷材料的原理、开发进展以及性能优化的方法。
铁磁制冷材料利用磁场来改变材料的热力学性质，从而实现制冷效果。
当该材料置于磁场中时，材料中的磁矩会与磁场相互作用，导致材料温度发生变化。
这种磁矩与磁场之间的相互作用是通过磁热效应实现的。
在外部磁场的作用下，材料发生磁热效应，吸热或放热，从而实现温度的改变。
铁磁制冷材料的开发已经取得了一些重要进展。
研究者们已经成功合成了多种铁磁制冷材料，并测试了它们的性能。
其中一种常见的材料是基于铁磁体的制冷系统，这种材料能够在常温下实现制冷效果。
此外，还有一些通过调节铁磁材料的成分和结构来实现性能优化的研究。
在铁磁制冷材料的开发中，性能优化是一个关键的研究方向。
为了提高材料的制冷效果，研究者们采取了多种方法。
首先，他们通过优化材料的成分和结构来改变材料的磁热性能。
例如，研究者们可以通过调整磁矩的大小和方向来改变材料的磁热特性，从而提高制冷效果。
其次，研究者们还通过改变材料的微观结构来改善其磁热性能。
例如，他们可以通过控制晶粒的大小和分布来调节材料的磁热特性。
此外，还有研究者通过引入微观缺陷或界面来增强材料的磁热效应。
所有这些方法都旨在提高材料的制冷效果，使其更加适用于实际应用。
除了改变材料的成分和结构外，优化外部磁场也是提高铁磁制冷材料性能的重要方法。
研究者们通过优化磁场的强度和方向来改变材料的磁热特性。
例如，他们可以调节磁场的强度，使得材料在不同温度下具有最佳的制冷效果。
此外，还可以通过改变磁场的方向来优化材料的磁热性能。
这些方法不仅可以提高材料的制冷效果，还可以减少能源消耗，实现绿色低碳制冷。
总结起来，铁磁制冷材料的开发与性能优化是一个具有挑战性的研究领域。
磁制冷历史背景
1881年Warburg首先观察到金属铁在外加磁场中的热效应。
1907年，Langevin第一次展示通过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。
1926年Debye，1927年Giuque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，极大地促进了磁制冷的发展。
1933年Giauque等人以顺磁盐Gd，(so,)，·890为工质成功获得了lK以下的超低温，从此，在超低温范围内，磁制冷发挥了很大的作用，一直到现在这种超低温磁制冷技术已经很成熟。
随着磁制冷技术的迅速发展，其研究工作也逐步从低温向高温发展。
1976年，美国NASA Lewis和G．V．Brown首先采用金属Gd为磁制冷介质，采用Stiring循环，在7T磁场下进行了室温磁制冷试验，开创了室温磁制冷的新纪元，人们开始转向寻找高性能的窀温磁致冷材料的研究。
早在1881年，Warburg首先观察到了金属铁在外加磁场中的热效应【1l】。
后来，Telsall2】利用磁热效应设计了300 K 附近的磁制冷机并申请了专利，但在当时以及后来的很多年并没有引起人们的重视。
直到1926年，Debye从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论以后，磁制冷技术才逐步发展起来，现已成为低温制冷的标准方法【13’141。
．历史上磁制冷主要从低温区(T<20目、高"Wrtn E(20<T<80 K)这两个温区进行研究，并且这两个温区的制冷技术已经比较成熟，而室温磁制冷技术的研究则起步较晚。
温区的磁制冷无论是从制冷工质还是循环路线都己研究得比较透彻，T<20K这个温区是利用磁卡诺循环进行制冷，工作材料主要是顺磁性物质，80 K～室温这一温区的研究，尤其是室温附近的磁制冷工质的研究到目前为止仍处于初级阶段。
因温度高，晶格熵增大，顺磁工质己不适宜作为这一温区的磁制冷工质，取而代之的则为铁磁性工质，寻找该温区的理想磁制冷工质则是人们一直追求的目标。
磁制冷及磁制冷材料的研究进展
磁制冷及磁制冷材料的研究进展作者：耿剑锋来源：《中国科技博览》2013年第01期中图分类号：U463.64+5文献标识码：U文章编号：1009-914X （2013）01-0292-01一、磁制冷简介传统压缩制冷技术广泛应用于各行各业，形成了庞大的产业，但它存在两个明显的缺陷：制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。
自2000年起蒙特利尔协议生效，污染大气环境及破坏大气臭氧层的氟里昂制冷剂将逐渐被禁用，新的气体制冷剂（如HFC－134a）相继问世并已进入商品化生产。
磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势：1.无环境污染；2.高效节能； 3.易于小型化； 4.稳定可靠；二、磁制冷的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，又称磁卡效应，即磁制冷材料等温磁化时，向外界放出热量，而绝热退磁时因温度降低，从外界吸取热量达到制冷目的。
三、磁制冷材料的研究进展对磁制冷工质的研究现状分20K以下，20K-80K，80K以上三个温区：1．20K以下温区：这个温区是利用磁卡诺循环进行制冷，工质材料处于顺磁状态。
主要研究了Gd3Ga5Ol2（GGG），Dy3Al5O12（DAG），Y2（SO4）2，Dy2Ti2O7，Gd2（SO4）3.8H2O，Gd（OH）2，Gd（PO3）3，DyPO4[6]，Er3Ni．ErNi2，DyNi2，HoNi2，Er0.6Dy0.4，Ni2ErAl2[7]等。
4.2K以下常用GGG和Gd2（SO4）3.8H2O等材料生产液氦，而4.2K-20K则常用GGG、DAG进行氦液化前级制冷。
GGG适于1.5K 以下，特别是10K以下优于DAG。
在10K以上特别是在15K以上DAG明显优于GGG。
另外，Shull等研究表明Gd3Ga5-x Fe2O12（GGIG）（x=2.5）具有超顺磁性，在较低磁场下就能达到饱和，对于采用低场实现20K以下温区的磁制冷具有重要作用。
磁制冷技术的研究及应用
磁制冷技术的研究及应⽤磁制冷技术的研究及应⽤摘要：随着环境和能源问题⽇益突出，磁制冷作为⼀种绿⾊制冷技术越来越受到各国重视。
本⽂阐述了磁制冷技术的⼯作原理和典型的磁制冷循环过程。
⽂章重点介绍了磁制冷材料和磁制冷样机的研究进展，并指出了磁制冷技术的⼏个应⽤⽅向及⽬前存在的困难。
关键词：磁热效应；磁制冷循环；磁制冷材料；磁制冷样机Research and Application of Magnetic Refrigeration TechnologyAbstract:With the environment and energy problems have become increasingly prominent, magnetic refrigeration as a green refrigeration technology draws more and more attention all over the world.In this paper, the operating principle of magnetic refrigeration and typical magnetic refrigeration cycles were illustrated. The research progress of magnetic refrigeration materials and magnetic refrigeration prototypes were emphatically introduced. Finally, several main application directions of magnetic refrigeration technology and the existing problems were pointed out.Keywords:magnetocaloric effect; magnetic refrigeration cycle; magnetocaloric materials; magnetic refrigeration prototypes1前⾔制冷就是使某⼀空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程。
磁制冷发展现状及趋势_磁制冷技术
磁制冷发展现状及趋势: 磁制冷技术陈远富1 陈云贵1 滕保华2 唐永柏1 付 浩1 唐定骧3 涂铭旌1(1四川大学金属材料工程系,2四川大学应用物理系 成都 610065)(3中科院长春应用化学研究所 长春 130022) 摘 要 简要介绍了磁制冷实现的原理,概括了磁制冷与气体压缩制冷的差异,比较了4种磁制冷循环的优缺点及适用场合,重点评述了室温温区磁制冷样机的研究进展,分析了磁制冷的关键技术,最后给出了磁制冷的潜在市场并展望了发展趋势。
主题词 磁制冷 磁制冷机 磁制冷循环0 引 言传统压缩制冷技术广泛应用于各行各业,形成了庞大的产业,但它存在两个明显的缺陷:制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。
根据蒙特利尔协议到2000年将全面禁止氟利昂的生产和使用,使制冷行业面临一场变革。
现在大力研究开发的无氟替代制冷剂,基本上可以克服破坏大气臭氧层的缺陷,但仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷,而且有的还会产生温室效应等,不是根本解决办法。
磁制冷作为一项高新绿色制冷技术,与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势:无环境污染:由于工质本身为固体材料以及可用水来作为传热介质,消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷;高效节能:磁制冷的效率可达到卡诺循环的30%~60%,而气体压缩制冷一般仅为5%~10%,节能优势显著;易于小型化:由于磁工质是固体,其熵密度远远大于气体的熵密度,因而易于做到小型化;稳定可靠:由于无需压缩机,运动部件少且转速缓慢,可大幅降低振动与噪声,可靠性高,寿命长,便于维修。
磁制冷技术因具有上述优势以及其在液化氢、以及室温磁制冷方面具有巨大的市场前景而受到全球广泛的关注,美、日、法等发达国家投入了大量人力、物力进行研究开发。
1 磁制冷实现的原理及过程绝热去磁制冷的原理为:磁致冷材料(磁工质)等温磁化时,由于其磁矩取向趋于有序,使磁熵减小,磁工质向外界放热;当绝热去磁时,由于磁矩又趋于无序,磁熵增加,磁2001年第2期低 温 工 程No 2 2001总第120期CRYOGENICS Sum No 120 四川省计委重点科技攻关项目支持。
磁制冷研究现状
磁制冷材料研究进展姓名：王永莉单位：有色院磁制冷材料研究进展摘要：1989等[1]。
,制制冷剂,1881过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。
1926年Debye，1927年Giuque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，极大地促进了磁制冷的发展。
1933年Giauque等人以顺磁盐Gd2(SO4)3·8H2O为工质成功获得了1K以下的超低温，从此，在超低温范围内，磁制冷发挥了很大的作用，一直到现在这种超低温磁制冷技术已经很成熟。
随着磁制冷技术的迅速发展，其研究工作也逐步从低温向高温发展。
1976年，美国NASA Lewis和首先采用金属Gd为磁制冷介质，采用Stiring循环，在7T磁场下进行了室温磁制冷试验，开创了室温磁制冷的新纪元，人们开始转向寻找高性能的室温磁致冷材料的研究[3]。
3 磁制冷原理3.1 磁熵理论磁致冷是利用磁性材料的磁熵变化过程中吸热和放出热的制冷方式。
从热力学观点看，磁致冷物质由自旋体系、晶格体系和传导电子体系组成，它们除了各自具有的热运动以外，各体系间还存在着种种相互作用，并且进行着热交换。
当磁性工质达到热平衡状态时，各体系的温度都等于磁性工质的温度。
磁性工质的熵为磁熵、晶格熵和电子熵的总和。
在不考虑压力影响的情况下，磁性材[4]C H将（dS =(i)(ii)dS = (?M/?T)H dH (8)(iii)等磁场条件下，dH = 0dS =（C H/T)dT (9)如能通过实验测得M(T,H)和C H(H,T)，则根据方程可确定ΔT及ΔS M。
3.2 磁制冷循环的原理磁致冷循环的制冷循环如图1所示。
磁致冷材料的磁矩在无外加磁场情况下处于无序状态，磁熵较大；当磁致冷材料绝热磁化时，磁矩在磁场作用下与外磁场平行，磁有序度增加，磁熵值降低，向外界放出热量(类似于气体压缩放热的情形)；相反，当磁致冷材料绝热去磁时，材料的磁矩由于原子或离子的热运动又回复到随机排列的状态，磁有序度降低，磁熵增加，材料从外界吸收热量，使外界温度降低(类似于气体膨胀吸热的情形)；不断重复上面的循环，就可实现制冷目的。
磁致冷
磁致冷，是指以磁性材料为公质的一种全新的制冷技术，其基本原理是借助磁致冷材料的磁热效应（Magnetocaloric Effect,MCE）,即磁致冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时从外界吸取热量，达到制冷的目的。
磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效应的物质。
其制冷方式是利用自旋系统磁熵变的制冷，磁致冷首先是给磁体加磁场，使磁矩按磁场方向整齐排列，然后再撤去磁场，使磁矩的方向变得杂乱，这时磁体从周围吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低，达到制冷的目的。
磁制冷材料使磁致冷机的核心部分，即一般所称的制冷剂或制冷工质。
与传统制冷相比，磁致冷单位制冷效率高、能耗小、运动部件少、噪音小、体积小、工作频率低、可靠性高以及无环境污染，因而被誉为绿色制冷技术。
磁致冷的研究可追溯到19世纪末，1881年Warburg首先观察到金属铁再外加磁场中的热效应，1895年Langeviz发现了磁热效应。
1926年Debye、1927年Giauque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，磁致冷技术得以逐步发展。
20世纪30年代利用顺磁盐作为磁致冷工质，采用绝热去磁方式成功地获得毫升量级的低温，20世纪80年代采用Gd3Ga5O12（GGG）型的顺磁性石榴石化合物成功地应用于1.5~15K的磁致冷，20世纪90年代采用磁性Fe离子取代部分非磁性Gd离子，由于H 离子与Gd离子间存在超交换作用，使局域磁矩有序化，构成磁性的纳米团簇，当温度大于15K时其磁熵变高于GGG，从而成为15~30K温区最佳的磁致冷工质。
1976年布朗首先采用金属Gd为磁致冷工质，在7T磁场下实现了室温磁致冷的试验，由于采用超导磁场，无法进行商品化，20世纪80年代以来人们的磁致冷工质开展了广泛的研究工作，但磁熵变均低于Gd的1倍，高温磁致冷正一步步走向实用化，据报道1997年美国已研制成以Gd为磁致冷工质的磁致冷机。
室温磁制冷材料的研究现状
（ｃ 退 耐 ＇
理现象 当磁性物质 （ 工质 ）被磁化 时，磁矩 沿磁化方 磁 向择 优取 向 （ 电子 自旋系统趋于有序 化） ，在等温 条件下， 该 过程 导致 工质 熵 的下 降，有 序度 增加 ，向外界 等温 放
外加磁场强度下， ｛ 或 △Ｔ 越大，贝表 明该材料 的磁热 △ｓ ５
效应 就越 大 。性 能 优 异 的 室 温 磁 致 冷 材 料 应 具 有 大 的 磁 热
效 应 ，相 变 温 度 在 室温 区 ， 热 滞 后 和 磁 滞 后 小 ， 易 合 成 ，
低价格 。
稀 土 Ｇ 具 有 较 强 的磁 热 效 应 ，在 ５ Ｐ 场 变 化 下 最 大 磁 ｄ Ｔｂ
于室温制冷 ， 目前普遍 采用气体压缩制 冷， 由于使用 了含
收稿 日期：２ １ — ６ Ｏ ０ １ ０ 一 ６修 回 日期 ：２ １ ０ － ２ ０１ － ７ ０
熵变和最 大绝热温变 分别为 ｌＪ （ｇ・ ） １Ｋ Ｏ ／ ｋ Ｋ 、 ２ ，通 常被作 （ 转 第０ 页） 下 ２
基金项 目：本论文获国家青年科学基金项 目 【 １０ ０ ３） ５０ １３ 及广西民族大学重大科项 目 （ ０ ８ Ｄ １ 资助 。 ２０ Ｚ ００】
最新研 究成果 ，展 望了室温磁制冷材料 的发展趋 势。 关键词 ：磁致 冷材 料；磁 热效应 ；磁 熵 变量
Ｄ Ｉ １ ．９ ９ Ｊ ｓ ．６ １ ６ ９ ．０ ．２ ０ ５ Ｏ ： ５ ６ ／ ．ｓ １ ７ － ３ ６２ １ ２ ．０ ０ ｉｎ １ Ａ ｓ ａ ｔ ｈ ａ ｉ ｐ ｉｃｐｅ ａ ｄ ｈ ｓ ｒ ｆ ｍａ ｎ ｔ ｃ ｌｒ ｆ ｃ ＭＣＥ ａ ｅ ｂ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｅ ｍｅ ｏ ｓｈ ｗ ｏ ｂ ｔ ｃ ： ｅ ｂ ｓｃ ｒ ｉ ｌ ｎ ｉ ｏ ｙ ｏ ｇ ｅｏ ａｏ ｉ ｅｆ ｔ（ ｒ Ｔ ｎ ｔ ｃ ｅ ）ｈ ｖ ｅ ｎ ｉ ｔ ｕ ｅ ． ｈ ｔｄ ｏ ｔ ｏ
磁制冷技术的研究与发展现状
磁制冷技术的研究与发展现状摘要：磁制冷技术是一种环保型的制冷技术。
在目前能源危机，国家提倡节能减排的大环境下，磁制冷技术是目前的主要研究对象之一。
主要介绍了磁制冷技术的原理以及影响因素。
关键词：磁制冷原理影响因素1.前言制冷技术一直是工业上一个不可或缺的环节，如何提高制冷效率是整个民族乃至世界所面临的挑战。
目前，市场上的制冷方法用的最多的还是通过压缩机对气体工质（氟利昂，CO2等）进行压缩，依次经过冷凝器，膨胀机，进入蒸发器而实现热量的转移。
尽管所使用的压缩设备精益求精，或者采用多么完美的制冷工质，制冷效率还是局限于大型压缩设备的性能，局限于制冷工质的物理性质。
氟利昂的本身特性势必会被更加环保型材料所取代。
所以亟需寻找一种更加环保，效率更高的制冷手段。
磁制冷技术不需要采用任何液态制冷剂，对环境是没有任何影响；另一方面，相对于传统的压缩蒸汽制冷循环，磁制冷循环的效率可达到理想气体卡诺循环30%--60%，而传统压缩蒸汽制冷循环的效率一般只能达到5%--10%[1]，再次，由于磁工质是固体状态，其熵密度远远大于气体的熵密度，易于做到小型化；最后，由于整个过程不需要压缩机，所使用的运动部件相对少而且运行速度慢，可大幅度降低震动与噪声，可靠性高，并紧扣环保主题。
2.磁热（卡）效应和磁制冷循环原理磁热效应（magnetocaloric effect）就是绝热过程中铁磁体或顺磁体的温度随磁场强度的改变而变化的现象。
1881年Warburg[2]在实验中发现到金属铁在磁场磁化的环境下能够产生热量。
1895年ngeriz总结出了专有名词“磁热效应”。
1926年Debye[3]和Gianque[4]推导出了绝热去磁后磁体冷却的理论模型。
绝热地减小磁场时，物质的温度将降低，这种现象叫做磁致冷效应。
这是由于物质是由原子构成的，而原子由电子和原子核两部分组成，电子自带有自旋磁矩和轨道磁矩，这就使得有些物质的原子或离子带有磁矩。
磁制冷技术的新进展_金培育
第35卷第3期2014年6月稀土ChineseＲare EarthsVol.35，No.3June2014磁制冷技术的新进展*金培育1，2，黄焦宏1，2，杨占峰1，2，闫宏伟1，2，刘翠兰1，2，程娟1，2（1．包头稀土研究院，内蒙古包头014030；2．稀土冶金及功能材料国家工程研究中心，内蒙古包头014030）摘要：室温磁制冷技术的进步有助于推进室温磁制冷技术的实用化进程，是目前研究的热点。
通过列举近几年室温磁制冷技术的一些新进展，诸如千瓦级磁制冷机的开发，拓宽温跨的技术，磁制冷机新分类法以及快速成型技术制作复杂形状磁制冷工质等，这些技术进步将会拓展室温制冷技术的应用领域。
关键词：室温磁制冷技术；室温磁制冷机；室温磁制冷机分类；磁制冷工质中图分类号：TB6文献标识码：A文章编号：1004-0277（2014）03-0101-04室温磁制冷技术经历了十几年的发展，从磁制冷材料到磁制冷机性能都在不断提升和改进。
在室温磁制冷技术迈向实用的进程中各国科学家付出许多努力，不断克服前进中的诸多困难，在许多关键技术上不断取得进步或突破。
诸如如何提高磁制冷机的制冷功率，如何拓宽冷热端温跨，如何提高效率来提升COP（性能系数），如何制作高效换热的蓄冷器，如何优化系统以降低成本等等。
如今的进展使室温磁制冷机有望在某些领域应用获得突破，向商业应用迈进。
1磁制冷技术的一些新进展1．1室温磁制冷机制冷功率迈进千瓦级室温磁制冷机从1976年报道的Brown的试验装置［1］发展到制冷功率几十瓦、数百瓦再到如今的上千瓦级，这些进步使室温磁制冷在一些领域的应用成为可能，推进室温磁制冷机的商用步伐。
美国宇航公司最新设计研制了一台大功率磁制冷机，设计提供2kW的制冷功率，COP不低于2［2］。
该制冷机作为舰载紧凑型制冷系统用于提供海军潜艇在热水环境中对关键电子部件的局部冷却。
该机工作于室温以上环境，其流体热入口温度为44ħ，冷入口温度为32ħ。
低温磁制冷技术的应用与发展
低温磁制冷技术的应用与发展摘要：随着制冷与低温工程的发展，人们面临着环境的再次挑战，臭氧层的破坏和温室效应与一些制冷剂的使用和泄露有密切的联系，因此有必要找到一种更有效更环保的制冷方法，所以磁制冷以其自身的特点具有更广阔的应用前景。
引言臭氧层是指距地球表面10至50公里的大气层中由臭氧构成的气层。
臭氧是一种气体，其分子结构为三个氧原子，即O3。
臭氧层的主要功能在于吸收来自宇宙的紫外线，使地球上的万物免受紫外线辐射的危害，所以，臭氧层被称之为地球的保护伞。
但如今，臭氧层已被人类严重破坏，本世纪开始人类大量使用高度稳定的合成化合物，如空调器、冰箱工业、溶剂、航空航天用制冷剂、喷雾剂、清洗剂中含氯氟烃化合的挥发出来，通过复杂的物理化学过程与臭氧发生化学反应而将其摧毁。
为了防止生产和使用氟氯碳类化合物造成的大气臭氧层的破坏，到2000年全世界将限制和禁止使用氟里昂制冷剂，我国于1991年6月加入这个国际公约并做出规定，到2010年我国将禁止生产和使用氟里昂等氯氟烃和氢氯氟烃类化合物。
因此，需要加快研究开发无害的新型制冷剂或不使用氟里昂制冷剂的其它类型制冷技术。
本世纪二十年代末，科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高的现象，即磁热效应。
随后许多科学家和工程师对具有磁热效应的材料、磁制冷技术及装置进行了大量的研究开发工作。
磁制冷原理及特点[1]⑴磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应(Magneto-Caloric Effect ,MCE)的制冷。
磁热效应是指磁制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象。
例如对于铁磁性材料来说，磁热效应在它的居里温度(磁有序-无序转变的温度)附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放出热量;反之，当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸收热量，这和气体的压缩-膨胀过程中所引起的放热-吸热的现象相似。
其原理图如图1-1所示磁热效应热力学基础[2]顺磁体的物质，磁化强度M是(H/T)的函数，当H/T≤6×105A/(m.K)时，其关系式为：(1) 式中，Cc称为居里常数，(m3.k/mol) (2) 有(1-1)得(3)这是顺磁态物质的物态方程式，与理想气体状态方程式相似，由热力学定律，对于单位体积磁介质H (4)比较纯物质的热力学基本方程(5)可以看出，对于磁介质 H相当于纯物质的P，µ0M相当于纯物质的V。
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磁制冷的历史及进展
现代社会的发展和生活质量的提高要求有舒适的环境，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平台。
因为人类能源有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，制冷按照使用原理的不同主要有液体汽化制冷、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里昂会对大气构成严重的污染：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），而且还具有大的温室效应（R134a和R152a等目前所谓的替代品氟里昂），此外新近在冰箱上尝试使用的异丁烷600a也存在燃爆性这样的安全问题。
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，而且意义重大
磁制冷的研究可追溯到十九世纪。
磁性材料有磁热效应的第一个例子是铁，它在1888年首先由Warburg在实验中观察到。
而磁制冷作为一种制冷方式的可能性则在1926年由Debye 和Giauque阐明。
1933年，W.F.Giauque和D.P.Mac Dougall利用磁热效应进行绝热去磁冷却顺磁盐成功。
到今天，使用核去磁人类已经可以达到10-8K的极低温度，但那种制冷方式没有循环可言。
构成循环的磁制冷因为其过程的可逆性而在理论上具有最高的循环效率，而且没有压缩机，所以就成了物理学家梦寐以求的制冷方式。
但后来的研究仅仅在极低温领域（绝对零度附近）获得成功，并且早已生产出了氦的磁制冷液化设备。
在室温磁制冷部分则经历了太多的失败后长期停滞不前，一直没有什么大的进展。
和低温下的磁制冷不同，室温磁制冷因为热扰动的加剧和超高磁场获得的困难，所以在循环方式、磁制冷工质以及系统设计上都有特殊的要求，实现起来十分艰难，从而长期裹足不前。
在76年以前的磁制冷研究还可以说得稍微详细些：1881年Warburg首先观察到金属铁在外加磁场中的热效应。
20世纪初,Langevin第一次展示通过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。
1918年Weiss和Piccard从实验中发现Ni的磁热效应。
1926年Debye、1927年Giauque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,极大地促进了磁制冷的发展。
1933年Giauque等人以顺磁盐Gd2(SO4)3·8H2O为工质成功获得了1K以下的超低温,此后磁制冷的研究得到了蓬勃发展。
最初,人们在极低温温区针对液氦、超氦的冷却对顺磁盐磁致冷材料进行了较详细的研究,随后,人们又在低温温区针对液氢等进行了研究。
自1976年Brown首次实现了室温磁制冷后,人们才真正开始取得室温磁制冷研究的进展。