磁制冷研究现状

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制冷领域磁制冷技术研究

制冷领域磁制冷技术研究引言制冷系统是现代建筑和工业系统中不可或缺的一个部分，因此对于提升制冷系统效能和可靠性的技术的研究和发展具有极大的意义。

磁制冷技术在制冷系统中具有众多的潜力，是近年来颇受关注的一个领域。

本文将探讨制冷领域的磁制冷技术研究，主要包括磁致冷和基于磁熵变的制冷技术。

磁致冷技术磁致冷技术基于磁性材料在磁场中的磁致伸缩变现象。

磁性材料在磁场中的磁熵变可以与热的性质联系起来，即在磁场变化过程中，磁性材料的磁熵变与磁场的变化量成正比。

这样，磁性材料在磁场作用下的磁熵变将为制冷提供一种新的机制。

通过加强或减弱磁场，可以实现磁性材料的磁熵变，从而达到制冷的效果。

当磁性材料在磁场中发生磁态变化时，将会吸收热量。

这种热量吸收带来的效果使得磁致冷技术成为一种非常有前途的新型制冷技术。

磁致冷制冷剂通常包括磁性材料作为热交换介质，如磁性材料隔热层和磁性材料换热器。

磁性材料的磁熵变被应用于磁致冷制冷剂中，从而使其具有制冷效果。

在磁致冷制冷中，通常采用氢氟碳化物（HFC）和氢氟烯碳化物（HFO）等无卤素制冷剂材料。

这些制冷剂的使用可以避免由卤素化学物质产生的环境污染，使得磁致冷技术的应用更加环保。

基于磁熵变的制冷技术基于磁熵变的制冷技术是一种新型的制冷技术，它利用磁性材料的磁熵变特性，通过改变温度和磁场来实现制冷。

这种技术与传统压缩式制冷技术相比，具有高效、环保等优点。

基于磁熵变的制冷技术可以被分类为热辐射、机械驱动和热吸收三种类型。

热辐射型基于磁熵变制冷技术是一种通过吸收热辐射来制冷的技术。

在此技术中，磁性材料的磁熵变会引起热传输，这个过程可以吸收周围环境的热能。

这种制冷技术可以使用地球表面、空气和其他热源作为热源，使其具有广泛的适用性。

机械驱动型基于磁熵变制冷技术是一种通过机械驱动来实现制冷的技术。

它的基本原理是，当磁性材料在磁场中发生磁态变化时，它会吸收热量，这种热量吸收效应可以通过机械驱动来实现。

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。

磁热效应和室温稀土磁制冷材料研究现状

术。
型节能环保的制冷设备将在人们的生活中广泛应用。因此，磁
制冷技术和新型室温磁制冷材料的研发成为各国竞相开展的
ｒｆｉｅａｔｍａｅｉｌａｏｍｅｐｒｔｒｓｏｔｉｅ．ｅｒｇｒｎｔｒａｓｔｒｏｔｍｅａｕｅｉｕｌｄｎＫｅｒｓｙｗｏｄｍａｎｔｃｌｒｃｅｆｃ，ｒｒａｔｇｅｏａｏｉｆｅｔａｅｅｒｈ，ｍａｎｔｅｒｇｒｔｎｇｅｉｒｆｉｅａｉ，ｍａｎｔｃｅｔｏｙｃｏｇｅｉｎｒｐ
ｐｏｅｔｅｆｄｆｅｅｔｍａｅｉｌａｅｃｍｐｒｄａｄａｐａｓｄｂｉｆｙＴｈｅｅｏｍｅｔｐｏｐｃｆｒｒａｔａｎｔｒｐｒｉｓｏｉｒｎｔｒａｓｒｏａｅｎｐｒｉｅｒｅｌ．ｆｅｄｖｌｐｎｒｓｅｔｏａｅｅｒｈｍｇｅｉｃ
ＭＡｉｎｏＨＡＮｎｚｏｇ，ＺＨＯＵｅｐｎＪａｂ，ＺＹｏｇｈｎＷｉｉｇ，ＨＵＡＮＧｏｕ，Ｇｕｒｉ
ＬＩＹｏｌｎ，ＬＮａｈｎＵｕｉｇＩＺｉａａ
（ｙＬａｏａｏｙｏｎｅｒｕｅａａｅｉｌａｄＮｅＰｒｃｓｉｇＴｅｈｏｏｙｏｉｉｔｙｏｄｃｔｎ，ＣｏｌｇｆＫｅｂｒｔｒｆＮｏｆｒｏｓＭｔｌＭｔｒｓｎｗｏｅｓｎｃｎｌｇｆＭｎｓｒｆＥｕａｉａｏｌｅｏｅＰｈｓｃｃｅｃｎｃｎｌｇ，ａｇｉｉｅｓｔｙｉｓＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙＧｕｎｘｖｒｉＵｎｙ，Ｎａｎｎ３０４ｎｉｇ５００）

近室温磁制冷工质的研究现状与发展前景

制冷工质，２世纪９到ＯＯ年代，现Ｇ１发ＧＧ（ａ５ＦＧｄＧａＯ１石榴石）有超顺磁性… ，磁ｚ型具其
熵变大于ＧＧＧ，成为这一温区的最佳磁制冷工而质．在高于２的温区，ＯＫ由于晶格熵的增大，用则利
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＲｅｅｔｄｖｌｐｎｓｏｇｅｉｒｆｉｅａｔａｅｒｒｏｔｍｐｒｔｒｅｉｗｄＴｅｃｎｅｅｏｍｅｔｆｍａｎｔｅｒｒｎｔｎａｏｍｅｅａｕｅ目ｅｒｖｅｅ．ｈｃｇ
ｍｅｈｎｓｏｇｅｏｔｅｍａｆｅｔｏｔｌｅａｉｍｆｍａｎｔ－ｈｒｌｅｆｃｆＧｄｍｅａ，ＲＥ－ＴＭｎｅｍｅａｔｏｏｎ，ＧｄＳ－日ｉｓａ— ｉｔｒｔｌｃｃｍｐｕｄｉ —ｉＧｅｓｅｔ
热效应机理，对近室温磁制冷材料的研完现状及材料与磁制冷技术的发展前景进行了分析．
美键词：磁制冷；工质；制冷材料；磁热效应；王磁磁稀
中图分类号：Ｇ１２Ｔ３
文献标识码：Ａ
Ｒｅｅｅｅｏｍｅｎｄｐｏｐｃｆｍａｎｔｃｒｆｉｅａｔｃｎｔｄｖｌｐｎｔａｒｓｅｔｏｇｅｉｅｒｇｒｎｔａ
ｍａｆｅｔａｅｅｒｈｌｆｅ；ｒｒａｔｅ
磁制冷是以磁性材料为工作媒质的一种制冷技术．这种磁性工作媒质简称磁工质．磁工质在磁化时，熵降低向外界放热；磁当撤掉磁场后磁熵增加，

稀土磁制冷材料研究现状毕业论文

稀土磁制冷材料研究现状毕业论文*****学院本科毕业论文论文题目：稀土磁制冷材料研究现状院系：物理科学与技术学院专业：物理学姓名：***学号：10*********指导教师：赵建军二零一* 年 * 月摘要磁制冷技术是一种很有前景的新型制冷技术。

其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。

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来达到制冷的目的。

磁热效应是材料在外加磁场下因磁矩发生有序、无序变化( 相变) 而吸热放热的物理现象, 即外加在磁性材料的磁场增大时，其温度升高，施加在磁性材料的磁场减小时，温度降低，它是磁性材料的固有性质，这种特性在材料的居里点附近最大。

我国是电冰箱等制冷设备生产大国,每年产量有几千多万台。

使用氟利昂制冷剂的制冷设备都要逐步淘汰，更新使用无氟制冷设备，这是室温磁制冷技术应用的一个巨大市场。

而稀土在磁制冷材料中占有特殊的地位,人们对稀土系磁制冷材料进行广泛的研究。

论文中主要介绍了稀土镧系金属Gd系列化合物磁制冷材料的研究现状与成果，研究温室磁制冷材料中最具代表性的稀土磁制冷材料的Gd的化合物的结构性能、磁熵变及其磁热效应。

并在最后对稀土磁制冷材料的应用前景做出展望。

关键词：磁制冷；磁热效应；稀土磁制冷材料；磁熵变；AbstractMagnetic refrigeration is a new refrigerant technique. The rare earth has a special in the magnetic refrigeration technology. People in different zones of magnetic refrigeration material to conduct extensive research . The thesis introduces the germanium series compounds of rare earth magnetic refrigeration materials research present situation and the results. Research in wenarea for at room temperature magnetic refrigeration materials representative of germanium is a compound structure, preparation and magneto caloric effect. The application prospect to the rare earth magnetic refrigeration material to make paper .Key words: Magnetic refrigeration; Magneto-caloric effect; Rare earth magnetic refrigeration materials; Magnetic entropy change.目录引言 01. 磁制冷技术 (1)1.1磁制冷的原理、热磁效应 (1)1.1.1磁制冷原理 (1)1.1.2热磁效应 (1)1.2磁制冷材料的选择及发展背景 (2)2.稀土磁制冷材料 (3)2.1.1稀土元素及其化合物 (3)2.1.2稀土磁制冷材料的分类 (3)2.2温室稀土磁制冷材料研究 (4)2.2.1几种典型的磁制冷材料 (4)2.3 Gd金属及化合物的结构性能 (4)2.4 Gd系列合金热磁效应的研究 (5)2.5 Gd系材料制冷作用的研究进展 (6)3.磁制冷材料的发展现状和应用前景 (6)4.总结 (7)参考文献： (8)致谢 (9)引言磁致冷是使用无害、无环境污染的稀土材料作为制冷工质，若取代目前使用氟里昂制冷剂的冷冻机、电冰箱、冰柜及空调器等，可以消除由于生产和使用氟里昂类制冷剂所造成的环境污染和大气臭氧层的破坏，因而能保护人类的生存环境，具有显著的环境和社会效益。

稀土室温磁制冷材料Gd3Al2系列合金研究现状

２０１３年３月
包头职业技术学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＢＡＯＴＯＵＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ＆ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＣＯＬＬＥＧＥ
Ｍａｒｃｈ．２０１３Ｖｏ１．１４．Ｎｏ．１
第１４卷第１期
０引言
发更为廉价的低磁场下具有巨磁热效应的材料，是我们研究的方向。具有巨磁热效应材料ＧｄＳｉＧｅ的发现无疑是
近二十年来，人们对室温磁制冷材料进行过广泛而深入的研究。然而磁制冷材料的进展缓慢，到
居里温度过高，磁熵变仅为Ｇｄ的一半。当通过合
金化方法添加Ｇｅ形成ＧｄＳｉＧｅ合金时，产生了巨磁热效应，其磁熵变是Ｇｄ的２倍，Ｇｄｓｉ的４倍。ＧｄＳｉＧｅ的居里温度为２７６Ｋ，稍低了一点，通过添
找廉价且具有巨磁热效应的材料，来取代超导体产
生的外磁场，使磁制冷机的结构简化，降低成本；研究虽取得一些成果，但进展缓慢。自具有巨磁热效
应材料ＧｄＳｉＧｅ：的发现，在世界范围内掀起了研究室温磁制冷材料的热潮，新型的室温磁制冷材料不断被发现，如Ｇｄ５Ｓｉ２Ｇｅ２、ＬａＦｅ１１＿６Ｓｉｌｌ４、ＭｎＦｅＰｏ４５

磁制冷研究现状

磁制冷材料研究进展1 引言随着全球温室效应的加剧,全球变暖越来越引起人们的关注,人们也越来越重视环境保护;从1989年起,蒙特利尔协议的生效,以氟利昂为主的传统制冷剂因会破坏臭氧层,导致温室效应而逐渐被禁用;具有环境友好,高效率的新型制冷技术迅猛发展,如：半导体制冷,磁制冷,电制冷等1;磁制冷技术是以磁性材料为工质,借助材料本身的磁热效应来制冷的一种绿色技术,制冷效率高达传统气体制冷的5～10 倍,可以显著节省能源;而且固态磁制冷材料的熵密度远大于气体,制冷机体积较小,不需要大幅度的气体压缩运动,运行平稳可靠;更为重要的是该技术无氟利昂、氨等制冷剂,无环境污染;目前在超低温领域中,利用原子核去磁制冷原理制取液化氦、氮、氢已得到广泛应用;在室温制冷方面,磁制冷有望在空调、冰箱等方面获得商业应用,成为未来最有发展前景的一种新型制冷技术2;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,磁性材料的其热力学性质可用吉布斯函数GM,T来描述磁场为H,温度为T,压力为P4;体系的吉布斯函数进行微分可得到熵：H H对方程6：i绝热条件下,dS = 0dT = -T/C H∂M/∂T H dH 7ii等温条件下,dT = 0dS = ∂M/∂T H dH 8iii等磁场条件下,dH = 0dS =C H/TdT 9如能通过实验测得MT,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;4 室温磁制冷材料磁致冷材料的性能主要取决于材料的磁热效应和相变温度居里温度：T等参量;磁热效应一般用一定外场变化下居里温度附近的等温磁熵变ΔS 或在该温度下的绝热温变ΔT 来表征;一般而言,对不同的磁致冷材料在相同的外加磁场强度下,|ΔS |或ΔT越大,则表明该材料的磁热效应就越大;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Gd具有较强的磁热效应,在5T外场变化下最大磁熵变和最大绝热温变分别为10J/kg·K、12K,通常被作为室温磁致冷材料性能对比的参照物;1997年美国的Pechasky和Gschneidner发现了Gd5SixGe1-x4具有巨磁热效应Giant Magneto– Caloric Effect,GMCE,在5T的外场变化下,磁熵变值为18.4～60J/kg·K,是纯Gd的2～6倍以上;这一突破性的研究进展使世界各国掀起了室温磁致冷材根据磁性产生机理的不同,可将目前几种典型的磁制冷材料分为4 类： 1 稀土磁制冷材料, 如常见的Gd、Gd5Si x Ge1 - x 4 、La Fe x Si1 - x13等； 2 类钙钛矿型锰氧化物RMnO3R为稀土；3 过渡族金属基材料,如MnFePAs2 Ge ,Si；4 Heusler型铁磁性材料,如Ni2Mn2XX = Ga ,In ,Sn等;下面将分别予以阐述;5.1 稀土磁制冷材料重稀土金属Gd是研究较早的室温磁制冷材料,目前开发的磁制冷样机大都以其作为制冷工质,这主要是由于Gd的自旋磁矩较大4f层有7 个未成对电子 ,居里温度恰好在室温区293K以及磁热效应显著5T外磁场下磁熵变约为9. 5J / kg ·K ;但由于99.99 %质量分数高纯金属Gd成本较高、化学稳定性差而且磁熵25.2 类钙钛矿型锰氧化物类钙钛矿型锰氧化物RMnO3由于磁性与晶格之间强烈耦合而在居里点附近存在较大的磁热效应;较其它磁制冷材料而言,其优点在于涡流损耗小、成本较低、制备简单、性能稳定、磁熵变较大,但居里温度偏低,很难应用于室温附近;如La2/ 3Ca1/ 3MnO3的磁熵变为金属Gd1.5 T磁场下约4.2J / kg ·K 的1. 5倍,达到6.26J / kg ·K ,但居里温度仅为267K;虽然可以通过调整元素比例或掺杂其它元素将居里温度调至室温,但磁熵变相应降低, 如La0. 6Nd0.22Na0.2MnO3在居里点295K处磁熵变仅为1.68J / kg ·K0～1 T ,La0.70Ca0.20Sr0.10MnO3在居里点308K处磁熵变降至3.6J / kg ·K 0～2 T;El2Hagary等发现Cu掺杂后的La0.77Sr0.23Mn0.9Cu0.1O3合金在325K处磁熵变达到4.41J / kg ·K 0 ～1 T,高于同条件下高纯金属Gd的26%,这是一个很大的突破;总之,类钙钛矿型锰氧化物的居里温度通常低于室温,虽然可以将其调高至室温区间,但磁熵变会急剧下降,这一点是该系合金应用必须要克服的问题;;且降低等,如能合理解决,其将具有很广阔的应用前景;5.4 Heusler型铁磁性材料近年来,许多研究学者发现具有热弹性马氏体相变的Heusler型铁磁性材料在马氏体相变点附近也会产生较大的磁热效应;2004年Aliev等报道了2.6 T磁场变化下,Ni2.104Mn0.924Ga0.972合金的磁熵变约为25J / kg ·K;都有为等发Ni45.Mn41.5In13.1合金在250K附近的磁熵变约为8J / kg ·K 0～1 T;2005年Krenke等4报道了5T磁场下Ni50Mn37Sn13的磁熵变达到19J / kg ·K;另外有一些CoMnSb ,Ge、Ni2Fe2Ga等合金的相关报道;6 面临的问题与发展趋势,磁Gd,制冷材料中研究最多的,La是稀土中相对较便宜的金属,与Gd金属化合物相比,成本有所降低,LaFe,Si13基合金又显示出巨磁热效应,但制冷温区较窄,热滞较明显,且化学稳定性不佳;La锰氧型钙钛矿化合物的磁热效应则很少能与Gd相比较;Heusler合金化合物所需原料较便宜,具有显著的的磁热效应,但绝热温变偏低,且NiMnGa合金的制作成本也较高,合金中Mn元素又易挥发,成分也难以控制,需要长时间高温热处理才能获得单相组织5;磁制冷技术进入实用化还需解决一系列难题,如较高的工作磁场、明显的热滞、较小的可调温宽等,为了寻找价格低廉且具有较大的磁热效应的室温磁制冷材料,可以从结构相变引起的磁熵变化考虑,也可以从一级相变引起的巨磁热效应研究探索新型高性能廉价的新材料考虑,还可以从提高合金母相中铁磁交换作用、增大奥氏体相与马氏体相之间的磁性差异获得较大的磁熵变考虑,以及增强磁场与晶格之间的耦合作用;将来的研究工作应该集中在充分利用材料的磁热效应,克服材料的磁滞和热滞现象,尽量在较低的磁场变化下获得较大的磁热效应,8 参考文献1杨斌,刘宏萱,朱根松,陈广军,陈剑明.室温磁制冷工质研究现状J.材料导报A：综述篇,2015,929：112-116.2吴殿震,郑红星,翟启杰.磁制冷材料研究进展J.材料导报A：综述篇,2011,258：9-14.3朱其明,梁建烈.室温磁制冷材料的研究现状J.中国西部科技,2011,1022：10-12.4李波.室温磁制冷技术和材料的发展J.江苏科技信息,2015,4：59-60.。

磁性陶瓷材料中的可逆磁制冷效应研究

磁性陶瓷材料中的可逆磁制冷效应研究随着人们对环境保护意识的提高以及对电力消耗的关注，寻找高效、环保的制冷技术已经成为科学研究的一个热点。

在过去的几十年里，可逆磁制冷效应作为一种潜在的替代方法受到了广泛关注。

磁性陶瓷材料作为可逆磁制冷效应的重要载体材料，在该领域中扮演着重要角色。

本文将对磁性陶瓷材料中的可逆磁制冷效应及其研究状况进行探讨。

磁性陶瓷材料是一种具有磁性的特殊陶瓷材料，它们通常由铁氧体、镧系铁磁体、铜氧化物等多种组分组成。

这些材料具有许多优越的性能，如较低的热膨胀系数、较高的热导率和电导率等。

在室温附近，这些材料表现出可逆的磁制冷效应，即在外加磁场下材料可以吸收或释放热量，从而实现制冷效果。

磁性陶瓷材料中的可逆磁制冷效应的基本原理是磁通热耦合效应和自发自降温效应。

磁通热耦合效应是指在外加磁场下，材料中的磁畴发生重排，从而引起磁熵变和温度变化。

当材料处于磁畴重排的过程中，其熵增可以产生吸热效果进而实现制冷。

而自发自降温效应是指在材料处于磁峰温度附近时，外磁场可以引起材料的温度降低效应。

这两种效应的综合作用使得磁性陶瓷材料成为一种潜在的制冷材料。

近年来，磁性陶瓷材料中的可逆磁制冷效应的研究取得了一系列的重要进展。

首先，在材料的设计和合成方面，研究人员通过合理调控材料的组成、微结构和工艺等方面，获得了一系列具有优异磁制冷性能的材料。

例如，通过掺杂或合成过程中的相转变改性，可以调控材料的居里温度和磁峰温度，进而提高材料的制冷效率。

其次，研究人员还利用纳米结构技术和微加工方法，对磁性陶瓷材料进行了精细调控。

纳米颗粒、纳米线和微结构的引入可以改变材料的磁性能和热物理性质，进一步提高材料的制冷性能。

例如，通过调控纳米颗粒的大小和形状，研究人员可以获得具有突出制冷性能的磁性陶瓷材料。

此外，研究人员还改进了磁性陶瓷材料的磁制冷循环和系统设计。

磁制冷循环的改进可以提高材料的制冷效率，减少能量损耗。

系统设计的改进则可以使得磁制冷系统更加稳定和可靠，满足现实的制冷需求。

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。

新型低温制冷技术的研究及应用

新型低温制冷技术的研究及应用随着人类的发展和进步，科技日新月异。

与此同时，高温高压的气候让人们越来越需要低温空调、冷冻设备等低温制冷设备。

但是，传统的低温制冷技术使用氟利昂等有害物质制作合成制冷剂，造成了环境污染和氟利昂的大量释放，所以急切需要新型低温制冷技术的研究与应用，以改善和保护环境。

一、新型低温制冷技术的研究新型低温制冷技术目前有以下几种。

1. 磁制冷技术磁制冷技术是指通过磁场的变化来实现制冷的技术。

加热磁体会导致磁矩的变化，从而使磁体对外界的温度变化产生响应。

磁制冷技术可以不用制冷剂制冷，因此对环境没有污染，但是，磁制冷仍存在技术困难和高成本的问题。

2. 热电制冷技术热电制冷技术是利用热电物理效应，通过热电材料在温度差下产生电势差的特性来实现制冷的技术。

热电制冷技术没有使用制冷剂，从而减少了环境污染，但制造难度大，成本较高。

3. 热力制冷技术热力制冷是指利用热力学原理，使气体在周期性的加压和放松过程中，吸收和放出热量，从而实现制冷的技术。

热力制冷技术可以用天然气和水来制冷，对环境没有污染，但也存在成本高和技术困难的问题。

4. 声波制冷技术声波制冷技术是一种利用声波的变化来实现制冷的技术。

在说话或吹奏乐器时，我们的口腔中的空气会产生温度变化，因此可以利用这一原理，在声波设计中综合应用高频换能和冷空气发射，实现制冷。

这种技术对环境无污染，但目前依然处于实验阶段。

二、新型低温制冷技术的应用1. 医疗领域新型低温制冷技术在医疗领域有广泛的应用，如低温冷冻保存、生物内窥镜器械低温保护、术后降温等。

例如，磁共振成像（MRI）技术使用低温磁体进行扫描，同时还有利用低温冷冻技术制备的创伤发生物冷冻的场景，都得益于新型低温制冷技术。

2. 工业领域新型低温制冷技术在工业领域的应用也十分广泛，如半导体、电子产业、冷却液晶显示器和硬盘驱动器。

例如，冷却液晶显示器不需要使用氟利昂，而是使用液态氮低温制冷技术，并且液态氮可以用作半导体行业的制冷剂，是目前最常用的方式。

室温磁制冷工质研究现状

（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ３４１０００；
ｍａｔｅｒｉａｌｓｉＳｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃｅｆｆｅｃｔ，ｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈｈａｓｂｒｏａｄｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆｈｏｕｓｅｈｏｌｄａｐｐｌｉａｎｃｅ，ｉｎｄｕｓ — ｔｒｙａｎｄｍｉｌｉｔａｒｙ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｋｅｙｆａｃｔｏｒｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄａｇｍｎｅｔｉｃｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｕｃｈａｓＧｄＭ，Ｌａ（Ｆｅ，Ｓｉ）１３，ＭｎＦｅ（Ａｓ１－），ＭｒｕＸＣ（Ｎ）ａｎｄＨｅｕｓｌｅｒａｌｌｏｙｓ，ａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ

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。

制冷空调技术的研究及未来趋势

制冷空调技术的研究及未来趋势随着人们生活水平的提高和气候变化的影响，空调已经成为了必不可少的设备。

但是，现有的制冷空调技术中存在很多问题，例如能源消耗高、制冷效率不高以及环境污染等等。

因此，对制冷空调技术的研究与改进一直是学术界和工业界的热点问题。

在本文中，我们将探讨制冷空调技术的现状与未来趋势。

一、传统制冷空调技术的问题目前，传统制冷空调技术主要是基于蒸发冷凝循环原理。

这种技术存在着以下几个问题：1、耗能量大传统的空调压缩机需要高能耗才能产生足够的制冷效果。

为了降低室内温度，需要使用大量的电力，长时间开机耗电量甚至能占到家庭电力总消耗的50%左右。

2、环境污染制冷空调技术中使用的一些制冷剂，例如氟利昂，会对大气层造成破坏。

这些化学物质会臭氧层产生损害，导致紫外线进一步增强，从而导致皮肤癌等问题。

3、设备重量大传统空调设备重量庞大，安装不方便，不易于在移动性方面进行改进。

二、新型制冷空调技术在针对传统制冷空调技术存在的问题进行研究之后，学术界和工业界探索出了一些新型的制冷空调技术，包括：1、太阳能空调技术太阳能空调技术是利用太阳能发电，从而使空调达到相关的制冷效果。

相较于传统压缩机技术大量消耗电力，太阳能空调技术的运转靠太阳能发电，无需额外的电费支出。

而且，太阳能板体积小，方便安装，从而具有优异的移动性优势。

2、磁制冷技术磁制冷技术是使用磁场来控制材料的热力学性质从而达到冷却效果。

基本上是将材料置于强磁场中，利用材料对磁场的响应产生热效应，同时对材料外部的热量进行散发。

这种技术可以实现零制冷剂的零污染目标，同时可控制设备体积小，易于使用。

3、热电制冷技术热电制冷技术是一种能够将热能转化为电能，进而通过控制电能达到制冷效果的设计。

热电技术属于热电相互转换领域，其制冷效果依赖于材料的热电特性。

虽然热电制冷技术在实际应用中受到较多制约，但是在新型能源技术的发展中仍然有广泛的应用前景。

三、未来趋势未来的制冷空调技术将会朝着以下方向发展：1、多能互补未来制冷空调技术将引入多种能量来源创新功能，例如太阳能、地热能和风力发电等，从而实现多能互补现象，降低能耗和实现更加清洁的能源循环。

室温磁制冷材料的研究现状

磁场中所表现出的磁性物质本身的磁熵变和温变的一种物
（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 △ｓ５
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５Ｐ场变化下最大磁ｄＴｂ
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：２１ — ６Ｏ０１０一６修回日期：２１０－２０１－７０
熵变和最大绝热温变分别为ｌＪ（ｇ・）１ＫＯ／ｋＫ、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【１００３）５０１３及广西民族大学重大科项目（０８Ｄ１资助。２０Ｚ００】
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
ＤＩ１．９９Ｊｓ．６１６９．０．２０５Ｏ：５６／．ｓ１７－３６２１２．００ｉｎ１ＡｓａｔｈａｉｐｉｃｐｅａｄｈｓｒｆｍａｎｔｃｌｒｆｃＭＣＥａｅｂｅｎｒｄｃｄＴｅｍｅｏｓｈｗｏｂｔｃ：ｅｂｓｃｒｉｌｎｉｏｙｏｇｅｏａｏｉｅｆｔ（ｒＴｎｔｃｅ）ｈｖｅｎｉｔｕｅ．ｈｔｄｏｔｏ

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。

稀土磁制冷材料的研究现状

稀土磁制冷材料的研究摘要：磁制冷技术是一种很有前景的新型制冷技术。

本文综述了磁性材料的磁热效应概念，并详细介绍了GdSi2Ge2、5La(FeSi)13、RECo2及RE2Fe17等系列化合物稀土磁制冷材料的研究现状，展望了稀土磁制冷材料的发展前景。

关键词：磁热效应稀土磁制冷Research Progress in Rare Earth Magnetic Refrigerant MaterialsAbstract: magnetic refrigeration is a new refrigerant technique. The progress in research on rare earth magnetic refrigerant materials, such as Gd5Si2Ge2, La(FeSi)13, RECo2 and RE2Fe17 series compounds and so on, is reviewed. The development prospect of rare earth magnetic refrigerant materials is outlined．Keywords: magnetocaloric effect, rare earth, magnetic refrigeration1 前言磁制冷是指以磁性材料为工质的一种新型的制冷技术，其原理是利用磁制冷材料的磁热效应(Magnetocaloric effect，MCE)，即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，绝热退磁时从外界吸收热量，从而达到制冷的目的。

磁制冷与传统制冷技术相比具有如下优点[1]：（1）制冷效率高达传统气体制冷的5～10倍，可以显著节省能源。

（2）固态磁制冷材料的熵密度远大于气体，制冷机体积较小，不需要大幅度的气体压缩运动，运行平稳可靠。

（3）该技术无氟利昂、氨等制冷剂，对臭氧层无破坏作用，无环境污染、无温室效应、噪音小。

磁制冷工质研究现状

天津商学院
上海水产大学
莫石佑ＭｏＳｉｏ，臧润清ＺｎｕｑｎｈｙｕａｇＲｎｉｇ
余克志ＹｚｉｕＫｅｈ
一
个外力（场）系统熵发生改变，而磁，使从
进一步形成一个温度变化。磁熵变 △ＭＳ
越大，表明该材料的磁热效应越大。磁熵变 △ＭＳ与角动量Ｊ和郎德因子ｇ成正比，因此磁制冷材料（质）需要较大的Ｊ工和ｇ值。除此之外，还应具有 ①较高的德拜温度（高温区德拜温度较高可使晶格熵在
１磁制冷的基本原理
这种吸热，放热的磁性材料称为磁制冷工常用ＧＧＧ和Ｇ：Ｓ４．Ｏ等材料生产（Ｏ）８Ｈ：
磁制冷方式是一种以磁性材料为工质质。磁制冷中的制冷效果，效率，依赖于液氦流，而４２２Ｋ则常用ＧＧ．－０Ｇ和ＤＡＧ的制冷技术。基本原理是借助磁制冷材磁制冷工质的磁熵变大小或磁热效应『其 ’ １。料的可逆磁热效应，又称磁卡效应
Ｄｙ３ｓ２ＡｌＯ￣），ＹＳＯ），Ｄｙ２／０７，２（４２Ｔ２性能，因而性能优异的磁制冷材料的研究目的。这就是顺磁性材料绝热去磁在低温（
激发了人们极大的兴趣，本文介绍了磁制区获得磁制冷的原理。在高温区，磁制冷Ｇ２Ｓ４Ｈ２，ＧｄＯＨ），ｄＰｄ（Ｏ）．Ｏ８（，Ｇ（ｏ），
２Ｋ以下的磁制冷可利用磁卡诺循０
工技术较为成围。作为磁制冷技术的心脏，磁致冷材料循环连接起来，就可使磁性材料不断从一环，质材料处于顺磁状态，

创新的非家用制冷技术：现状和未来发展趋势

创新的非家用制冷技术：现状和未来发展趋势随着全球能源需求的不断增加和环境问题的日益严重，我们需要寻找创新的非家用制冷技术来满足不断增长的能源需求，减少对环境的影响。

传统的制冷技术主要依赖于化石燃料的燃烧，产生很多温室气体，加剧了全球气候变化。

因此，开发新的非家用制冷技术成为了当前的研究热点。

本文将探讨目前创新的非家用制冷技术的现状，并展望其未来的发展趋势。

一、现状1.1 磁性制冷技术磁性制冷技术是一种基于磁场的制冷技术，通过改变磁场强度和方向，使磁性材料在磁场中发生吸热和放热的相变过程，从而实现制冷效应。

这一技术具有高效、环保和可持续的特点，且无需额外的化学品，对环境无污染。

目前，已经有许多国际制冷厂商和研究机构投入到磁性制冷技术的研发中，取得了一些重要的进展。

1.2 热电制冷技术热电制冷技术是一种将热能转化为电能，再将电能用于制冷的技术。

它利用热电材料的热电效应，通过在材料之间施加电场或温差，实现冷热电子的运动，从而实现制冷效果。

热电制冷技术具有高效、可靠、无污染和无噪音的特点，但目前其效率较低，限制了其在实际应用中的推广和应用。

1.3 耦合制冷技术耦合制冷技术是一种将多种制冷技术进行组合和耦合的方法，以提高整体制冷效率和能源利用率。

例如，磁性制冷技术与热电制冷技术可以相互补充，形成一种更为高效的制冷系统。

二、未来发展趋势2.1 提高效率和降低成本在创新的非家用制冷技术未来的发展中，提高能源利用效率和降低成本是一项重要的目标。

通过改进材料的性能、设计更高效的制冷系统，以及优化制冷循环过程，可以实现制冷技术的能效提升。

此外，随着新材料和工艺的不断发展，制冷设备的制造成本也将逐渐降低。

2.2 促进技术集成和转化创新的非家用制冷技术需要前沿科学技术的支持和推动，促进不同领域的技术集成和转化。

在制冷材料、系统设计和控制、循环优化等方面进行跨学科的研究与合作，可以推动制冷技术的创新和发展。

同时，与行业合作伙伴共同开展研发合作，在技术转化和商业化方面取得突破。

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磁制冷研究现状WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】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：本文介绍了磁制冷的历史，原理，研究现状，概述了几种室温磁制冷材料的研究进展及研究成果，分析了磁制冷技术面临的问题及今后的发展趋势。

关键词：磁制冷；室温磁制冷材料；发展趋势1 引言随着全球温室效应的加剧，全球变暖越来越引起人们的关注，人们也越来越重视环境保护。

从1989年起，蒙特利尔协议的生效，以氟利昂为主的传统制冷剂因会破坏臭氧层，导致温室效应而逐渐被禁用。

具有环境友好，高效率的新型制冷技术迅猛发展，如：半导体制冷，磁制冷，电制冷等[1]。

磁制冷技术是以磁性材料为工质,借助材料本身的磁热效应来制冷的一种绿色技术,制冷效率高达传统气体制冷的5～10 倍,可以显着节省能源;而且固态磁制冷材料的熵密度远大于气体,制冷机体积较小,不需要大幅度的气体压缩运动,运行平稳可靠;更为重要的是该技术无氟利昂、氨等制冷剂,无环境污染。

目前在超低温领域中,利用原子核去磁制冷原理制取液化氦、氮、氢已得到广泛应用。

在室温制冷方面,磁制冷有望在空调、冰箱等方面获得商业应用,成为未来最有发展前景的一种新型制冷技术[2]。

2 磁制冷的历史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，磁性材料的其热力学性质可用吉布斯函数G(M，T)来描述(磁场为H，温度为T，压力为P)[4]。

体系的吉布斯函数进行微分可得到熵：S(H,T)= -(?G/?T)H (1)磁化强度：M(H,T) = -(?G/?H)T(2)熵的全微分：dS = (?S/?T)H dT + (?S/?H)T dH (3)在恒磁场下定义磁比热C H：C H = T(?S/?T)H (4)由方程（1）（2）可得：(?S/?H)T = (?M/?T)H (5)将（4）（5）带入（3）得：dS =（C H/T)dT + (?M/?T)H dH (6)对方程（6）：(i)绝热条件下，dS = 0dT = -(T/C H) (?M/?T)H dH (7)(ii)等温条件下，dT = 0dS = (?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。

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。

4 室温磁制冷材料磁致冷材料的性能主要取决于材料的磁热效应和相变温度（居里温度：T）等参量。

磁热效应一般用一定外场变化下居里温度附近的等温磁熵变ΔS 或在该温度下的绝热温变ΔT 来表征。

一般而言，对不同的磁致冷材料在相同的外加磁场强度下，|ΔS |或ΔT越大，则表明该材料的磁热效应就越大。

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Gd具有较强的磁热效应，在5T外场变化下最大磁熵变和最大绝热温变分别为10J/(kg·K)、12K，通常被作为室温磁致冷材料性能对比的参照物。

1997年美国的Pechasky和Gschneidner发现了Gd5(SixGe1-x)4具有巨磁热效应（Giant Magneto– Caloric Effect，GMCE），在5T的外场变化下，磁熵变值为～60J/(kg·K)，是纯Gd的2～6倍以上。

这一突破性的研究进展使世界各国掀起了室温磁致冷材料及相关技术的研究热潮。

我国的研究者先后发现了钙钛矿型RMnO3(R为稀土)化合物、La(Fe，M)13(M=Si，Co，Al)等材料也具有巨磁热效应。

随后，荷兰、日本的研究者分别发现了具有更大磁热效应的Mn基室温磁致冷材料MnFeP1-x As x、Mn(As1-x Sb x)。

研究表明，Mn基磁致冷材料不但具有大的磁热效应而且居里温度处于室温区或近室温区，此外，Mn在自然界中储量非常丰富，价格相对低廉。

Gschneidner 认为Mn基磁致冷材料性能优良、价格低廉、易加工，是一种最有希望的室温磁致冷候选材料，研发基于Mn基磁致冷材料具有很大的应用前景，但具有目前尚没有克服的缺点：热滞与磁滞大。

有理由相信，高性能的室温磁致冷材料研制出来后，室温磁制冷技术必将很快实现商品化。

5 磁制冷材料研究现状根据磁性产生机理的不同,可将目前几种典型的磁制冷材料分为4 类：( 1) 稀土磁制冷材料, 如常见的Gd、Gd5(Si x Ge1 - x) 4 、La ( Fe x Si1 - x) 13等；( 2) 类钙钛矿型锰氧化物RMnO3 (R为稀土)；(3) 过渡族金属基材料,如MnFePAs2( Ge ,Si)；(4) Heusler型铁磁性材料,如Ni2Mn2X(X = Ga ,In ,Sn)等。

下面将分别予以阐述。

稀土磁制冷材料重稀土金属Gd是研究较早的室温磁制冷材料,目前开发的磁制冷样机大都以其作为制冷工质,这主要是由于Gd的自旋磁矩较大(4f层有7 个未成对电子) ,居里温度恰好在室温区(293K)以及磁热效应显着(5T外磁场下磁熵变约为9. 5J / (kg ·K) )。

但由于 %(质量分数)高纯金属Gd成本较高、化学稳定性差而且磁熵变相对较小,实用性受限。

1997年, Pechar sky等发现了Gd5(Si x Ge1 - x) 4 ( x ≤0. 5)系合金,该系合金的熵变达到Gd的2倍以上,更重要的是材料的磁熵变居里温度可以在30～290K之间连续调节。

岳明等发现通过适当的热处理还可以提高Gd5Si2Ge2的磁热效应。

Pechar sky等对在1570K热处理1h 后发现该合金在保持高磁熵变的同时,居里点升至301K。

Zhuang 等发现Pb掺杂后的合金在居里温度275K处磁熵变较Gd5Si2Ge2合金提高近2倍。

王志强等采用 %(质量分数)商业纯Gd为原料制备Gd5(Si x Ge1- x)4 ,合金在相变点仍然具有巨磁热效应,磁熵变稍低于高纯合金。

Gd5(Si x Ge1- x)4系合金降温至居里温度处同时发生顺磁-铁磁相变和单斜-正交晶体结构一级相变,即一级磁性相变,巨磁热效应正是源于该相变潜热的贡献。

Gd5(Si x Ge1-x)4系合金磁熵变大,居里温度可调,但易氧化,热滞后大,对材料的纯度要求较高,同时需要强磁场(5 T以上) 驱动,目前看来商业应用前景受到很大限制。

下一步的发展应该是一方面研究采用商业纯Gd原料制备巨磁热效应材料的可行性;另一方面研究是否可以通过合金化及适当的热处理来提高材料在低磁场下的磁熵变,通过这两方面的研究进一步提升该体系材料商业应用的竞争力。

类钙钛矿型锰氧化物类钙钛矿型锰氧化物RMnO3由于磁性与晶格之间强烈耦合而在居里点附近存在较大的磁热效应。

较其它磁制冷材料而言,其优点在于涡流损耗小、成本较低、制备简单、性能稳定、磁熵变较大,但居里温度偏低,很难应用于室温附近。

如La2/ 3Ca1/ 3MnO3的磁熵变为金属Gd T磁场下约 / (kg ·K) )的1. 5倍,达到 / (kg ·K) ,但居里温度仅为267K。

虽然可以通过调整元素比例或掺杂其它元素将居里温度调至室温,但磁熵变相应降低, 如La0. 在居里点295K处磁熵变仅为 / (kg ·K)(0～1 T) ,在居里点308K处磁熵变降至 / (kg ·K) (0～2 T)。

El2Hagary等发现Cu掺杂后的合金在325K处磁熵变达到 / (kg ·K) (0 ～ 1 T) ,高于同条件下高纯金属Gd的26% ,这是一个很大的突破。

总之,类钙钛矿型锰氧化物的居里温度通常低于室温,虽然可以将其调高至室温区间,但磁熵变会急剧下降,这一点是该系合金应用必须要克服的问题。

过渡族金属基磁制冷材料过渡族金属基材料MnFeP1 - x As x(0. 25 < x < 0. 65)磁性来源于3d电子层的巡游电子,是一种可应用于室温区间且具有巨磁热效应的新型磁制冷材料其中MnFeP0. 452As0.在磁场变化5T时,居里点300K处的最大磁熵变达18J/(kg ·K)。

该系合金具有大的55磁熵变,主要是由于3d过渡族金属磁矩较高,可由磁场诱发一级磁相变,在降温至居里温度发生磁转变的同时,晶体结构也从正交MnP型结构转变为六方NiAs型结构。

而在一级相变区间,5M/ 5T值较大,根据Maxwell方程可知磁熵变取得较大值,但其最大的缺点在于As元素有毒。

近年来,部分学者尝试使用无毒的Si 、Ge来替代As。

Dagula 等研究发现,用Si置换As后,合金的磁热效应有较大的提高。

Thanh发现MnFeP1 - x2Si合金的居里温度可在230～370 K间调整；x = 0. 5时,磁熵变最大,在295K处达到30J x/ (kg ·K)(0～2 T)。