室温磁制冷的磁热效应的研究
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[利用磁热效应的固态制冷方式]
![磁制冷[利用磁热效应的固态制冷方式]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7129576a88271fe910ef12d2af90242a895ab66.png)
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。
磁制冷材料原理
磁制冷材料原理磁制冷是一种新兴的制冷技术，它利用磁场改变材料的磁性来实现制冷目的。
磁制冷材料原理是磁相变效应，也被称为磁热效应。
在这篇文章中，我们将深入探讨磁制冷材料的原理及其应用。
我们来了解一下磁制冷材料的基本原理。
磁制冷材料是一类具有特殊磁性的物质，例如磁性金属合金或铁磁材料。
这些材料在磁场的作用下，会发生磁相变。
具体来说，当磁场施加在材料上时，材料的磁矩会发生改变，从而导致温度的变化。
这种现象的发生是由磁热效应引起的。
磁热效应是指当磁场改变时，材料的温度也会发生相应的变化。
这主要是因为磁场改变了材料内部的自旋排列状态，从而改变了材料的自由能和熵。
当磁场施加在材料上时，材料的内部自旋排列发生改变，自由能减小，熵也减小。
由于温度是熵和自由能的函数，因此温度也会发生变化。
磁制冷材料原理的具体过程如下：在磁场的作用下，磁制冷材料发生磁相变，从高温相变为低温相，释放热量。
通过改变磁场的强度或方向，将磁制冷材料恢复到高温相，吸收热量。
通过反复改变磁场，可以实现对环境的制冷。
磁制冷技术有许多优点，例如高效能、环保和低噪音等。
相比传统的压缩式制冷技术，磁制冷技术无需使用制冷剂，可以大大减少对环境的污染。
磁制冷设备的运行噪音非常低，可以提供更为舒适的工作环境。
在实际应用中，磁制冷材料主要用于制冷和制热领域。
在制冷方面，磁制冷技术可以用于制造小型制冷设备，如家用制冷柜和便携式冷藏箱。
在制热方面，磁制冷技术可以用于制造电热水器和暖气设备等。
总结回顾一下，磁制冷材料原理是通过磁相变来实现对环境温度的控制。
磁热效应是磁制冷材料原理的基础，当磁场施加在材料上时，温度会发生相应的变化。
磁制冷技术具有高效能、环保和低噪音等优点，在制冷和制热领域有广泛的应用前景。
对于磁制冷材料原理，我的观点和理解是，它是一项非常有潜力的制冷技术。
通过磁相变实现制冷的方法，不仅可以减少对环境的污染，还可以提供更为舒适的工作和生活环境。
随着科技的不断进步和磁制冷材料的不断改进，相信磁制冷技术在未来会有更广泛的应用。
磁制冷研究
磁制冷研究这是利用磁热效应的制冷方式。
早在 1907 年郎杰斐（ngevin）就注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。
从机现上说，固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。
这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。
1．基本概念螺旋线圈通电时，产生感应磁场 B0 。
在线圈中插入磁性物体（比如铁棒），物体磁化后产生附加磁场 B ′。
于是，总的磁感应强度为B = B0 + B′ (3-1)不同的磁介质产生的附加磁场情况不同，附加磁场与原磁场方向相同的磁介质称作顺磁体（如铁、锰）；附加磁场与原磁场方向相反的磁介质称作抗磁体（如铋、氢等）。
磁感应强度单位是特斯拉(Tesla)，用符号 T 表示。
设物体的磁矩为 M。
物体在磁场 H 中磁矩增加 dM 时，磁场对物体作功为μ0 HdM 。
该过程中物体吸热 d Q ，内能增加 dU。
则由热力学第一定律有dQ = dU - μ0 HdM式中μ0 ――真空磁导率，N/A2；H ――磁场强度，A/m；M ――磁矩，Am2；将式与熟知的气体热力学第一定律表达式dQ = dU + pdV 相类比。
磁系统中的μ0 H相当于气体系统中的压力 p ；M 则相当于体积V 。
并类似地引出磁熵S 的概念。
用T-S图可以描述磁性物体的磁热状态，反映出物体温度T 、磁熵 S 与磁场 B （常用磁感应强度代替磁场强度 H ）三者之间的关系。
2．低温磁制冷在 16K 以下的极低温区，由于固体的晶格振动和传导电子的热运动可以忽略，故磁系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变。
磁制冷卡诺循环如图所示。
它由四个过程组成： 1-2 为等温磁化（排放热量）； 2-3 为绝热退磁（温度降低）； 3-4 为等温退磁（吸收热量制冷）； 4-1 为绝热磁化（温度升高）。
《MnAs1-xPx磁制冷材料的磁热效应研究》
《MnAs1-xPx磁制冷材料的磁热效应研究》摘要随着环境问题及能源短缺问题的加剧，对于高效的制冷技术的研究与开发已成为全球范围内的关注焦点。
其中，磁制冷技术以其高效率、低能耗及环保性而受到广泛关注。
本篇论文重点研究了一种新型的磁制冷材料MnAs1-xPx的磁热效应。
该材料因具备出色的磁学性质及较高的热效应而显示出其独特的潜力和价值。
本文通过详细的实验分析、讨论及解释了其磁热效应及其在磁制冷领域的应用潜力。
一、引言磁制冷技术作为一种新型的制冷技术，其核心在于磁性材料的磁热效应。
近年来，随着材料科学的发展，新型的磁制冷材料不断涌现，其中MnAs1-xPx磁制冷材料因其独特的磁学性质和显著的磁热效应而备受关注。
本篇论文旨在深入研究和探讨MnAs1-xPx的磁热效应，并探讨其在磁制冷领域的应用前景。
二、材料制备与性质本实验采用高温固相反应法制备了MnAs1-xPx磁制冷材料。
通过调整P元素的掺杂量，得到了不同x值的MnAs1-xPx样品。
利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对材料的结构、形貌及相组成进行了表征。
结果表明，MnAs1-xPx具有良好的晶体结构，其晶格参数随P元素掺杂量的变化而变化。
此外，通过振动样品磁强计对材料的磁学性质进行了测量，发现其具有较高的饱和磁化强度和较大的磁熵变。
三、磁热效应研究本实验通过测量MnAs1-xPx在不同磁场下的比热容，研究了其磁热效应。
结果表明，随着磁场强度的增加，材料的比热容出现明显的峰值，表明其具有显著的磁热效应。
此外，我们还发现P元素的掺杂量对材料的磁热效应具有显著影响。
适量的P元素掺杂能够提高材料的磁热效应，而过量的掺杂则会导致其降低。
因此，通过优化P元素的掺杂量，可以获得具有最佳磁热效应的MnAs1-xPx材料。
四、应用前景由于MnAs1-xPx磁制冷材料具有出色的磁学性质和显著的磁热效应，其在磁制冷领域具有广阔的应用前景。
首先，其高效率、低能耗及环保性使其成为替代传统制冷技术的理想选择。
制冷空调新技术 第4章 磁制冷技术
臭氧层空洞 (Ozone depletion)
NASA (Wikipedia)
温室效应(Global warming)
Willis Carrier
Wikipedia
磁制冷作为一种环境友好的制冷技术，因效率可以达到卡诺循环的 30% ～ 60%（是气体压缩制冷技术的6倍），而受到了关注！
1. 磁热效应及原理
磁制冷的工作过程示意图
磁制冷工作原理示意图
磁制冷的热力循环
A→B：等温磁化 B→C：绝热去磁 C→D：等温去磁 D→A：绝热磁化
磁制冷的热力循环
两个等温过程 两个非绝热去磁过程
磁制冷的热力循环
两个等磁过程 两个绝热过程
磁制冷的热力循环
两个等温过程 两个等磁过程
磁制冷的热力循环
四种磁制冷循环的比较
反钙钛矿结构化合物虽然能在较宽的温度区间内保持较大的磁熵变，但是其居里温度远离室温，今后的研究重点在如何调节其居里温度在室温附近。
室温区（80K-室温） 在大于80K的温区，因为此时温度较高，晶格熵较大，顺磁工质已不适宜用作制冷工质了，需要用铁磁工质。主要包括4大系列：（1）Gd基系列合金;（2）Mn基系列合金；（3）LaFeSi基系列合金；（4）Heusler合金。
Gd基系列合金材料
Gd金属及其合金一直都是最具代表性的铁磁性材料，也是研究最为广泛的室温磁制冷材料，通常被作为研究其他材料的基准量。这主要是因为： Gd的顺磁相到铁磁相的转变属于二级相变，具有较大的磁矩； Gd金属4f层有7个未成对的电子，具有较高的自旋磁矩，磁热效应显著； 具有良好的导热性及较好的加工型； 金属Gd的居里温度（293K）正好在室温附近，且在居里温度处，0-5T磁场变化下最大的磁熵变ΔSmax约为9.5J/(kg·K)，最大绝热温变ΔTad约为12K。
磁热效应和室温稀土磁制冷材料研究现状
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
ｒ ｆ ｉ ｅ ａ ｔｍａ ｅ ｉｌ ａ ｏ ｍ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｏ ｔｉ ｅ ． ｅ ｒｇ ｒ ｎ ｔ ｒａｓ ｔｒ ｏ ｔｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｕ ｌ ｄ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｍ ａ ｎ ｔ ｃ ｌ ｒｃ ｅｆ ｃ ，ｒ ｒ ａ ｔ ｇ ｅ ｏ ａｏ ｉ ｆ ｅ ｔ ａ ｅ ｅ ｒｈ，ｍａ ｎ ｔ ｅ ｒｇ ｒ ｔ ｎ ｇ ｅ ｉ ｒ ｆ ｉ ｅ ａ ｉ ，ｍａ ｎ ｔｃｅ ｔｏ ｙ ｃ ｏ ｇ ｅ ｉ ｎ ｒ ｐ
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磁热效应的研究
(GdxDy1-x)12Co7磁热效应的研究摘要：因为本身具有节能、环保等突出优点，温室磁制冷技术越来越受到人们的关注。
磁制冷材料作为其中的关键技术，其发展具有十分重要的作用。
本文首先就磁制冷的基本原理、磁制冷材料的发展等问题做了简要概述。
本文通过X射线衍射和磁性能测量研究了(GdxDy1-x)12Co7（x＝0.3，0.5，0.7，0.8）系列合金的相结构和磁热效应。
其结果表明，所有试样均为单斜晶体，随着Gd成分的增加，合金的居里温度从92K到142K呈线型增加。
在外加磁场为2Td的情况下，(GdxDy1-x)12Co7（x＝0.3，0.5，0.7，0.8）系列合金的最大磁熵变为6.93 J/kg·K。
通过对合金的XRD图谱及M-H图与Arrott图分析，表明合金存在通过从二级相变转变成一级相变的现象。
关键词：(GdxDy1-x)12Co7 体系；磁熵变；磁热效应Study of Magnetic Entropy Change In(GdxDy1-x)12Co7 CompoundsAbstract :Magnetic refrigeration technology at the room temperaturehas attacted more and moer people's attention due to its advantages involing in energy saving, environmental protection. To be key issue, magntic refrigeration material has played an important role in the technology.Firstly the article briefly introduces the basic principle, the development of magetic re frigerants. The phase structure and magntocaloric effect of the (GdxDy1-x)12Co7（x ＝0.3，0.5，0.7，0.8）alloys were investigated by X-ray diffraction analysis and magnetization measuremen t. The samples are monoclinis with the increase of Gd content, Tc increase from 92K t o 142K, and the maximum magnetic entropy change |ΔSM max| was 6.93 J/kg·K.unde r the low magnetic of 0-2T.X-ray ,M-H plots and Arrott plcts show the magnetic chan ge from SOT to FOT.Keywords : (GdxDy1-x)12Co7 system;Magnetocaloric Effect; Magnetic refrigerati on目录引言.......................................................................................................................... (1)一．磁制冷的基本概念 (1)（一）磁热效应 (1)（二）进行简单的描述 (2)（三）中垂直的箭头 (2)二．磁热效应的测量方法 (3)（一）直接测量法 (3)（二）间接测量法 (4)三．本文研究方案、主要研究内容、拟解决的关键问题及技术路线 (4)（一）主要研究内容 (4)（二）实验设计及试验方法 (5)（三）居里点的测定 (6)（四）磁热效应的测定 (7)（五）通过测定磁比热温度曲线间接计算磁熵变和绝热温度变化 (7)四．实验结果与分析............................................................................................. ...... (8)（一）相分析 (8)（二）居里温度 (8)（三）磁熵变分析 (8)五．结论 (9)参考文献 (10)引言传统气体压缩制冷技术已经被广泛应用与家用电器、工业生产、航空航天、国防、地球物理探测等领域。
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。
室温磁制冷技术研究进展
室温磁制冷技术研究进展作者：董晓冬来源：《河南科技》2020年第05期摘要：室温磁制冷是一种环保、高效、节能的制冷技术。
尽管目前还不太成熟，但是它显示出广阔的应用前景，有望取代传统的制冷技术。
本文简述了磁制冷的基本原理，总结了近几年室温磁制冷材料的发展情况，指出了室温磁制冷材料在商业化应用中存在的问题，并对室温磁制冷材料未来的发展进行了展望。
关键词：室温磁制冷;居里温度;等温熵变;绝热温变;哈斯勒合金中图分类号：TB66 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）05-0128-04Abstract： Room temperature magnetic refrigeration is a new highly efficient and environmentally protective technology. Although it has not been maturely developed， it shows great applicable prosperity and seems to be a substitute for the traditional vapor compression technology. This paper briefly described the basic principle of magnetic refrigeration， reviewed the development condition of the room temperature magnetic refrigeration materials in recent years， and pointed out the problems that the room temperature magnetic refrigeration materials faces in developing and suggested further research of room temperature magnetic refrigerant.Keywords： room-temperature magnetic refrigeration;curie temperature;isothermal entropy change;adiabatic temperature;Heusler alloy传统制冷系统或破坏臭氧层破坏，产生“热岛效应”[1]。
唐永柏 等：室温磁制冷高场强永磁磁路 - 磁热效应是指磁致冷材料
(1. Department of Metallic Materials, Sichuan University, Chengdu 610065, China； 2. Southwestern Institute of Applied Magnetics, Mianyang 621000, China) Abstract： In this paper, based on hollow cylindrical flux source, the high field strength permanent magnetic circuit for room-temperature magnetic refrigerator have been designed and fabricated. The field strengths in the center of working space are calculated and measured. The values are all more than 1.5T. Key words： magnetocaloric effect； room-temperature magnetic refrigeration； permanent magnetic circuit
∂M ∆S M = ∫ dH ∂T H 0 ∆Tad = ∫ −
0 H H
2
中空圆柱形磁场源
在室温磁制冷中，简单的永磁磁路设计方法就
是把两块永磁材料互相平行地对放，形成磁体的两 极 [6] 。在两极的间隙之间产生一定的磁场，磁工质进 出磁场，进行磁化、退磁。但这种方式所提供的场强 远不能满足室温磁制冷的需求。为了提高场强，人们 又使用高磁导率的软磁材料贴在永磁体的两端， 形成 有磁轭的磁体回路[7]。但产生的场强要超过永磁材料 的剩磁仍很困难。 H.A.Leupold[8~13] 等人应用永磁块排列成一中空 圆柱形磁场源，在圆柱孔内（气隙）所产生的场强超 过了永磁材料的剩磁 Br， 图 1 给出了这种中空圆柱形 磁场源，图中箭头表示磁块充磁方向。该设计是基于 Halbach[14]的旋转定理（rotation theorem） ，每个永磁 块充磁后的磁化矢量的大小一定， 方向按一定的角度 进行改变。最后通过永磁块之间的磁力线互相约束， 在圆筒孔内产生高的均匀场。 在圆筒孔心处的最大磁 通密度 B 为
室温磁制冷原理
室温磁制冷原理1(磁热效应磁性材料在磁化时将伴随温度的变化，这种温度变化称为磁热效应。
按照热力学的基本原理，系统产量变化时内能的变化为:? dU,TdS，,HdM,PdV0在忽略了体积效应后得到:? d(U,TS,,HM),,SdT,,MdH00由全微分关系得:,S,M(),() ? ,T0H,H,T因此:在等温情况下外磁场的变化引起的磁熵变为:Hf,M,, S,dH,,,,0,,T,,HiH对于绝大多数材料，系统的体积效应是可以忽略的。
同样，在绝热情况下磁系统在外磁场发生变化时的温度变化为:HT,,f,,,,,,,d,,,0,HiC,T,,HH对于普通顺磁材料，只有在绝对零度附近才有较大的温度效应，物理上就是外场可以较容易就能克服热扰动使磁系统有序排列。
而在室温下，热扰动上了两个数量级，因此所要求的外场也就相应增加到数百个特斯拉，用这么高的磁场来做室温磁制冷当然是不现实的。
有一类磁性介质，由于电子的交换作用,其内部的分子场非常大，以至于在室温下就能自己克服热扰动而使磁体系有序排列。
这类材料叫铁磁工质。
利用居里点在室温附近的铁磁材料做室温磁制冷是物理要求。
在绝热情况下，这种铁磁材料在加上磁场时磁系统有序排列，温度升高;减场时磁系统变成无序排列，温度降低。
通常，即使用上几个T的磁场，一次温度效应也就10K或者稍多，远不能直接用来制冷。
因此，必须使用蓄冷(也称回热)的方法来累积这种磁热效应。
利用这种磁热效应，通过AMR方式将加场时的热量带走，同时将减场时的冷量也积累起来就可以实现室温磁制冷。
2(主动式磁蓄冷器AMR最先实现连续制冷的是美国宇航局的BROWN。
他在1976年用高达7T的磁场来磁化钆，并且使用酒精和水的混合物来做蓄冷剂。
虽然这个系统经过50次循环后将高低温端的温差拉大到48K，但因为钆板需要在蓄冷剂中来回移动，蓄冷剂中的温度场因此受到了破坏，故这种制冷方式注定是不可能实用的。
为了解决液体蓄冷的问题，1982年，Barclay和Steyert提出用固体蓄冷来代替液体即主动式磁蓄冷的概念。
MnFePGe室温磁制冷材料的制备及磁热性能研究的开题报告
MnFePGe室温磁制冷材料的制备及磁热性能研究的开题报
告
磁制冷技术作为一种新型环保节能技术，在现代制冷领域中具有广泛的应用前景。
MnFePGe材料具有较高的居里温度和磁热效应，是一种很有潜力的磁制冷材料。
本文计划研究MnFePGe室温磁制冷材料的制备及磁热性能。
具体研究内容如下：
1. 研究不同配方下MnFePGe材料的制备工艺及物化性质。
2. 利用SQUID磁化强度计和热重分析仪等测试设备，研究MnFePGe材料的磁化强度、居里温度、磁熵变等磁热性能。
探究MnFePGe材料的磁热效应与物理结构的关系。
3. 研究MnFePGe材料的磁制冷性能。
采用样品加热制冷的方法，测定制冷性能参数，如制冷功率密度和制冷温度差等。
4. 进一步优化制备工艺和探究材料性能，以提高其制冷性能和应用前景，为相关磁制冷设备的开发提供基础数据和理论依据。
通过此项研究，将为推动磁制冷技术的应用发展提供有力支持，为实现节能减排和可持续发展做出贡献。
室温磁制冷工质材料
室温磁制冷工质材料摘要 室温磁制冷技术作为一项新兴的、极具发展潜力的高新制冷技术，具有节能、环保的显著有点。
在如今生态环境污染极为严重的形势下，该技术已日益受到人们的重视。
磁制冷技术是以磁制冷材料为工质的一项制冷技术, 其基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应, 通过磁化和去磁过程的反复循环而达到制冷目的的。
在不远的将来，磁制冷技术有望取代传统的压缩制冷方式, 用于家用、工业、商业、医疗卫生事业等领域使用的制冷器, 因而室温磁制冷技术有着广泛的经济效益及社会效益。
关键词 磁制冷；磁热效应；居里温度；室温磁制冷材料；磁制冷技术1.磁制冷技术简介1.1 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。
磁热效应是所有磁性材料的固有本质。
如下图1，常压下磁体的熵S(T,H)是磁场强度H 和绝对温度T 的函数，它由磁熵)(T S H 、电子熵)(T S E 和晶格熵)(T S L 三部分组成，即：S(T,H)=S M (T,H)+S L (T)+S E (T) 式(1) 其中，M S 是T 和H 的函数，L S 和E S 都仅是T 的函数，因此只有磁熵M S 可以通过改变外场而加以控制。
图1磁热效应S-T示意图[3](a)无外场时H=0； (b)磁化时H>0； (c)退磁到H=0时图2 磁制冷原理示意图[3]物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩。
室温磁制冷主动式回热器传热特性实验研究的开题报告
室温磁制冷主动式回热器传热特性实验研究的开题报告一、选题背景和意义随着人们对环保和节能的重视，磁制冷技术作为一种低温制冷新技术备受关注。
磁制冷技术具有环保、高效、无噪音等优势，可以广泛应用于制冷空调、医药、食品等领域。
同时，磁制冷技术也是一种新型的绿色能源技术，其应用前景广阔。
然而，磁制冷技术仍存在着一定的局限性，其中之一就是低温回热问题。
现有的磁制冷技术在低温制冷的过程中会产生大量的废热，而如何高效利用这些废热成为制约磁制冷技术发展的瓶颈之一。
因此，研究磁制冷主动式回热器的传热特性，对于提高磁制冷系统能量利用率，减轻环境污染，具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和研究方法本研究将设计一种室温磁制冷主动式回热器，并对其进行实验研究。
具体研究内容如下：1.设计并制备主动式回热器的样品。
2.搭建实验平台，测量主动式回热器的传热特性。
3.采用数值模拟的方法，对主动式回热器的传热特性进行分析和研究。
4.分析不同工作条件下主动式回热器的传热效果，并尝试寻找最佳的工作条件。
本研究将采用实验和数值模拟相结合的方式，分析室温磁制冷主动式回热器的传热特性。
实验部分将选取合适的材料制备主动式回热器样品，搭建实验平台，对其进行传热测试；数值模拟部分将利用计算流体力学软件对主动式回热器进行仿真。
通过实验与数值模拟的相互验证，确定最佳的工作条件，提高室温磁制冷主动式回热器的传热效率。
三、研究预期成果本研究预期能够得到以下成果：1.设计出适用于室温磁制冷系统的主动式回热器样品。
2.对主动式回热器的传热特性进行详细研究，并获得相关数据。
3.通过实验和数值模拟相结合的方式，探究磁制冷主动式回热器的传热机制。
4.确定最佳的工作条件，提高室温磁制冷主动式回热器的传热效率。
四、可行性分析本研究选题有一定的先进性和创新性，研究方法综合应用了实验和数值模拟两种手段，能够很好地结合起来，有效地推动磁制冷主动式回热器的应用和发展。
本研究所需实验设备和材料均可在研究所已有的基础上进行购置，具备可行性。
磁制冷材料原理
磁制冷材料原理一、引言磁制冷是一种新型的制冷技术，通过利用材料在外磁场下发生磁熵变，从而实现吸热和放热的过程。
磁制冷材料的原理是该技术能够在室温下实现高效能的制冷，因此备受关注。
本文将从磁制冷材料的基本原理、磁性材料的选择以及实际应用等方面进行探讨。
二、磁制冷材料的基本原理1. 磁熵变效应磁熵变是指在磁场变化下，材料的熵发生变化。
一般来说，材料在磁场中会有两种相互竞争的磁化态：顺磁态和反磁态。
顺磁态下材料对磁场敏感，会吸收热能；而反磁态下材料对磁场不敏感，会释放热能。
通过调控磁场的变化，可以使材料在吸热和放热之间快速转换，实现制冷的目的。
2. 磁制冷循环磁制冷的基本循环包括四个步骤：磁化预冷、绝热磁化、脱磁降温和绝热脱磁。
在磁化预冷阶段，材料会被暴露在高磁场中，使其吸收热能并升温。
然后，在绝热磁化过程中，材料会被隔绝热环境并降低磁场，使其放热并冷却。
接下来，在脱磁降温过程中，材料会被绝缘磁场并与外界热环境接触，从而使其进一步降温。
最后，在绝热脱磁过程中，材料会被再次隔绝热环境并升高磁场，使其放热并回到初始状态。
3. 磁性材料的选择磁制冷材料的选择是实现高效制冷的关键。
常见的磁制冷材料包括顺磁体和磁电体。
顺磁体是指具有顺磁性的材料，如金属、合金等。
这些材料在磁场中对热敏感，可以通过调控磁场实现制冷。
磁电体是指具有磁电效应的材料，如多铁材料。
这些材料不仅在磁场中表现出顺磁或反磁特性，还可以通过电场调控磁性，实现更加灵活的制冷方式。
三、磁制冷材料的实际应用1. 制冷设备磁制冷技术在制冷设备上的应用已经取得了许多突破。
传统的制冷设备采用压缩循环，具有制冷效率低、制冷剂对环境有害等问题。
而磁制冷设备通过调控磁场，可以避免以上问题，并且具备更高的制冷效率和环保性能。
因此，磁制冷设备在家用制冷、空调等领域是一个很好的替代选择。
2. 空间技术磁制冷技术在空间技术上也有广泛的应用前景。
由于磁制冷设备具有轻质、高效能等特点，非常适合在空间环境中使用。
Fe基室温磁制冷材料的结构及磁热效应的研究的开题报告
Fe基室温磁制冷材料的结构及磁热效应的研究的开
题报告
一、研究背景
随着人们对环境友好型节能技术需求的增加，磁性材料的研究受到
了越来越广泛的关注。
其中，Fe基室温磁制冷材料应用前景广阔，因其
具有优良的磁热效应和良好的力学性能而备受瞩目。
在该材料中，高熵
合金、合金化和功能粉体冶金等制备方法也得到了进一步的探究。
因此，对于Fe基室温磁制冷材料的结构及磁热效应的研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容
本次研究的目的是对于Fe基室温磁制冷材料的结构和磁热效应进行深入的探究。
具体研究内容包括如下几个方面：
1. Fe基室温磁制冷材料的制备方法探究。
本研究将选择常见的高熵合金、合金化和功能粉体冶金等制备方法，并比较它们的优缺点，从而
选取最优的制备方法。
2. 材料结构研究。
利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等
技术探究制备的Fe基室温磁制冷材料的晶体结构、晶粒尺寸和微观组织等特征。
3. 材料磁热效应研究。
利用物理测试技术，如热监测(TC)和磁监测(MC) 测试，研究样品的磁热效应和磁热稳定性。
4. 材料力学性能研究。
利用万能试验机、硬度计和冲击试验机等技
术分析材料的力学性能，包括拉伸强度、硬度和韧性等。
三、研究意义
本研究将有助于深入了解Fe基室温磁制冷材料的制备、结构和性能等方面的特点，为该类材料的进一步应用提供理论和实践基础。
研究结果也将为材料领域相关研究提供重要的探索方向，对于提高节能环保技术水平具有重要作用。
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GdZn, NdCeFe系室温磁致冷材料的研究1 前言随着科学技术的发展，制冷技术已经深入到工业、农业、军事及人们日常生活的各个领域。
但传统的气体压缩制冷技术本身存在两大缺陷：其一，气体制冷技术因使用压缩机，导致效率低、能耗大；其二，压缩制冷多采用氟利昂及氨等气体工质，对环境造成污染或破坏，特别是氟利昂工质，因其破坏臭氧层，严重威胁地球环境。
一方面，人们积极开发新的不破坏大气臭氧层的氟利昂替代工质——无氟气体工质，目前替代工质已经开始生产应用，该类工质的最大优点在于不破坏大气臭氧层，但是大多具有潜在的温室效应，且仍不能克服压缩制冷技术能耗大的缺陷，不是根本解决办法。
另一方面，人们积极探寻一些全新的制冷技术,如半导体制冷、磁制冷等。
半导体制冷因电耗太大，多用于医药及医疗器械等小规模冷冻；而磁制冷技术，因自身的优点及近年来的突破性进展，已引起了世界各国的广泛关注。
与传统压缩制冷相比，磁制冷具有如下竞争优势：其一，无环境污染和破坏，由于工质本身为固体材料以及在循环回路中可用(加防冻剂的)水来作为传热介质，这就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；其二，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；另外，磁制冷技术还具有尺寸小、重量轻、运行稳定可靠、寿命长等优势。
因此，磁制冷技术被认为是高科技绿色制冷技术。
2 文献综述2.1 磁制冷技术2.1.1 磁制冷技术的基本原理磁制冷是一种以磁性材料为工质的全新的制冷技术，其基本原理是借助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，而绝热退磁时从外界吸收热量，达到制冷目的。
图 1是磁制冷原理的简单示意图[1]。
图 1 磁制冷原理示意图磁热效应是磁性材料的一种固有特性，从热力学上来说，它是通过外力(磁场)使磁熵发生改变，从而形成一个温度变化，当施加外磁场时材料的磁熵降低并放出热量，反之，当去除外磁场时，材料的磁熵升高并吸收热量。
以下内容就是根据热力学基本理论对磁热效应的解释[2,3,4]。
如磁性材料在磁场强度为H ，温度为T ，压力为P 的体系中，其热力学性质可用吉布斯自由能G (T 、H 、P )来描述。
熵 ()(1) PH T G P H T S 、、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-= 磁化强度 ()(2) PT H G P H T M 、、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-= 体积 ()(3) HT P G P H T V 、、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-= 表征MCE 的主要参量是熵，其全微分为：(4) dP P S dH H S dT T S dS HT P T P H 、、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= 在恒压、恒磁场条件下，很方便地去定义比热：(5) PH P H T S T C 、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=和体积膨胀系数：()(6) 11HT P H P S V T V V P H T 、、、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂≡α 从方程(1)与(2)可得： (7) PH P T T M H S 、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 在绝热过程中dS =0，将方程(5)、(6)、(7)代人方程(4)得：(8) 0=-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+V d P dH T M dT T C PH P H α、、 实际上方程(8)中三项分别代表电子熵变ΔS e ，磁熵变ΔS M 和晶格熵变ΔS l 。
磁制冷换热器操作过程一般要求材料处于绝热－等压状态，所以方程(8)中dP =0，即可得：(9) dH T M C TdT PH P H 、、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-= 根据一般材料的基本性质，上式中PH T M 、⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂恒为负值，所以当对材料磁化时dH >0，则dT >0，材料升温；反之退磁时dH <0，则dT <0，材料降温。
若在等温过程中，就对应的放热或吸热。
2.1.2 磁制冷技术的发展状况磁制冷的研究可追溯到19世纪末，1881年Warburg 首先观察到金属铁在外加磁场中的热效应，1895年P 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，磁制冷技术得以逐步发展。
1933年Giauque 等人以顺磁盐Gd 2(SO 4)3·8H 2O 为工质成功获得了1K 以下的超低温，此后，许多顺磁盐在超低温领域得到了广泛的应用。
50年代关于绝热退磁的研究已很普遍，1954年Herr 等人制造出第一台半连续的磁制冷机，1966年荷兰的Van Geuns 研究了顺磁材料磁热效应的应用(1K 以下)，提出并分析了磁Stirling 循环[5]。
此后，磁制冷技术的研究逐年升温，并由低温制冷向高温制冷发展。
但是，磁制冷技术在室温附近的应用却存在理论上的困难。
1976年Brown[6]首先采用金属Gd为磁制冷材料，在7T磁场下进行了室温磁制冷的实验，开创了室温磁制冷技术的新纪元。
从此，室温附近的磁制冷技术的研究与开发才开始逐渐活跃起来。
1996年美国宇航公司(Astronautics Corp. of America)与美国国家能源部在依阿华大学所设的国家实验室(AmesLaboratory)合作，完成了第一台以金属Gd为制冷工质、以超导磁体(磁场强度达5T)为磁场源、工作于室温附近的磁制冷样机，样机示意图如图2[7]。
该样机从1996年12月开始，连续工作了1200小时，运转过程的测试结果表明，它的效率能达到50%~60%。
而传统的气体压缩制冷技术最多只能达到40%，大多数情况下只能达到25%。
这台样机不仅效率高，而且不排放任何污染物、噪音低，与传统的制冷技术相比较，它具有很强的竞争力。
上述样机的研制成功是磁制冷技术开发的一项重大突破，但是，从商品开发的角度来看，上述样机的最严重的问题在于它的磁场源。
如前所述，在超导磁体产生的5T磁场的条件下，能得到很高的磁制冷效率(50%~60%)，制冷功率达500W。
若磁场源由现有的NdFeB永磁体所能产生的1.5T磁场条件下，制冷功率降低到150W。
这表明，磁制冷材料(稀土金属Gd)必须要求很高的磁场才能得到大的磁热效应，而只有超导磁体才能得到这样的磁场，所以离商品化还有一定的距离。
1997年，美国Ames实验室的两位科学家V.K.Percharsky和K.A.Gschneidner 在Gd5(Si x Ge1-x)4系合金的研究方面取得了突破性进展[8,9,10,11]：当x≤0.5，具有巨磁热效应且居里点可以在30K~280K之间通过Si:Ge比来调整(Ge越多，T c越低)；在同样磁场变化条件下，该系合金的磁熵变为已发现的各温区经典磁制冷材料的2~10倍；通过添加微量的Ga（化学式为Gd5(Si1. 985Ge1. 985Ga0. 03)2）可将居里点提高到286K，而巨磁热效应保持不变。
1998年，国内南京大学陈伟等[12]研制了具有巨磁热效应的钙钛型纳米La1-x K x MnO3材料，该系化合物的最大优点在于在室温附近、低磁场下具有较大磁熵变，且居里点可调、价格相对便宜、化学性能稳定。
可见，新材料的发现，使磁制冷技术向商品化开发迈进了一大步，这是磁制冷技术开发的另一项重大突破。
2001年，Ames实验室与美国宇航公司公布了磁制冷样机与材料方面的研究进展。
新公布的第二台样机与第一台样机比较，有两点区别。
首先用稀土磁体代替超导磁体，其次用旋转式结构代替往复式结构，其样机图如图3。
Ames实验室还进一步改进Gd-Si-Ge材料的制备工艺。
过去的制备工艺用高纯Gd，而且规模很小（只有50克）；新工艺用商品Gd，而且达到公斤级规模，这两项技术上的新进展已申报专利。
图3旋转式磁制冷样机概念图可见，由于近年来在近室温附近磁制冷技术取得了突破性进展，这些进展在国际上引起了较大的轰动，引发了全球新一轮磁制冷技术开发的热潮。
针对量大面广的近室温磁制冷装置，大力开发具有巨磁热效应的磁制冷材料已成为当前磁制冷技术研究开发的主流。
2.1.3 磁制冷技术的应用前景磁制冷技术拥有高效、节能、无环境污染等优点，已成为制冷领域中的一种新技术。
磁制冷技术应用广泛，从μK 、m K 级到室温及室温以上均适用：在低温领域磁制冷的研究得较为成熟，低温磁制冷广泛应用于空间技术、地球物理探测、磁共振成像、远红外线探测技术、低噪声微波接收技术、粒子加速器、超导体以及军事防卫等领域，另外，低温磁制冷技术在制取液化氦、氮，特别是绿色能源液化氢方面都有较好的应用前景；在高温领域，特别是近室温领域，磁制冷在冰箱、空调、以及超市食品冷冻方面也有广阔的应用前景。
2.2 磁制冷材料2.2.1 磁制冷材料的性能表征磁制冷材料的磁制冷性能主要取决于以下几个特性：居里点T c 、外加磁场H 、磁热效应MCE 和磁比热C H 。
居里点T c 指从高温冷却时，发生顺磁→铁磁磁相变的转变温度；外加磁场H 指对磁制冷材料进行磁化时所施加的外部磁场，对同一种磁制冷材料而言，H 越大，磁热效应就越大(但H 越大，磁制冷成本越高)；磁热效应MCE 一般用在T c 时一定外场H 下的等温磁熵变m S ∆或绝热磁化时材料自身的温度变化ad T ∆来表征，在相同外场条件下，若m S ∆或ad T ∆越大，则该材料的磁热效应就越大；磁比热C H 指在外磁场H 下磁制冷材料的等压比热，在同样的m S ∆或ad T ∆时，磁比热越大，热交换性能越好，磁制冷性能越好。
2.2.2磁制冷材料的选择2.2.2.1 磁制冷材料的选择依据磁制冷材料的磁制冷能力由磁热效应(MCE)的大小所决定，衡量材料磁热效应的参数一般用等温磁熵变m S ∆或绝热温变ad T ∆来表示，在相同外场条件下，若m S ∆或ad T ∆越大，则该材料的磁热效应就越大。
通常认为磁化过程中，体系处于一个等压状态，所以方程(7)、(9)可分别改写为：(10) HT T M H S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ (11) dH T M C T dT HH ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-= 外磁场变化过程的等温磁熵变为：()⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∆HH m dH T M H T S 0(12) 、 ()()(13) y JB Ng H T M J B J μ=、 ()(14) 2coth 21212coth 212⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛++=J y J y J J J J y B J (15) T k JH g y B B J μ=式中N 为单位体积的磁性原子数，J g 为朗德因子，J 为全角动量，() y B J 为布里渊函数，B μ为玻尔磁子，B k 为玻尔兹曼常数。