磁制冷材料LaFe_(11.5)Si_(1.5)基合金成分与磁相变温度关系的高通量计算

获得具有不同磁相变温度的La(Fe,Si)_(13)基合金对拓宽磁制冷工作温区具有重要意义.借助第一性原理模拟软件AMS-BAND模块并结合平均场理论对LaFe_(11.5)Si_(1.5)基磁制冷合金的磁相变温度进行了高通量计算.研究了Mn,Co,Ni,Al和Fe缺位掺杂对LaFe_(11.5)Si_(1.5)基合金体系相变温度的影响,得到了成分与磁相变温度的关系图.利用高通量第一性原理计算可以有效地降低研究成本,提高科研效率,并能够对后续实验选取具有合适磁相变温度的磁制冷材料提供技术支持.

Dy,Co共掺杂对BiFeO_3陶瓷磁特性和磁相变温度T_c的影响

采用快速液相烧结法制备BiFeO3和Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3(x=0,0.05,0.1,0.15)陶瓷样品.实验结果表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO3相符合且具有良好的晶体结构,随着Co3+掺杂量的增大,Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3样品的主衍射峰由双峰(104)与(110)逐渐重叠为单峰(110),当掺杂量x>0.05时,样品呈现正方晶系结构;SEM形貌分析可知:Dy3+,Co3+共掺杂使BiFeO3晶粒尺度由原来的3—5μm减小到约1μm.室温下,BiFeO3样品表现出较弱的铁磁性,随着Dy3+和Co3+掺杂,BiFeO3样品的铁磁性显著提高.在外加磁场为30kOe的作用下,Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3(x=0.05,0.1,0.15)的Mr分别为0.43,0.489,0.973emu/g;MS分别为0.77,1.65,3.08emu/g.BiFeO3和Bi0.95Dy0.05Fe1-xCoxO3样品磁矩M随着温度T的升高而逐渐减小,Dy掺杂使BiFeO3样品的TN由644K升高到648K,而TC基本没有变化.Dy和Co共掺杂导致BiFeO3样品磁相变温度TC由870K降低到780K,其TC变化主要取决于Fe-O-Fe反铁磁超交换作用的强弱和磁结构的相对稳定性.

多铁材料Bi_(1-x)Ca_xFeO_3的介电、铁磁特性和高温磁相变

采用溶胶凝胶法制备Bi_(1-x)Ca_xFeO_3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷样品.X衍射图谱表明所有样品的主衍射峰均与纯相BiFeO_3相符合且具有良好的晶体结构.随着x的增大,Bi_(1-x)Ca_xFeO_3样品的主衍射峰由双峰(104)与(110)逐渐重叠为单峰(110),当x 0.15时,样品呈现正方晶系结构;扫描电镜形貌分析可知,晶粒由原来的0.5μm逐渐增大到2μm.Bi_(1-x)Ca_xFeO_3样品介电常数和介电损耗随着x的增加先增大而后减小.当f=1 k Hz,Bi0.9Ca0.1Fe O3的介电常数达到最大值,是BiFeO_3的7.5倍,而Bi_(0.8)Ca_(0.2)FeO_3的介电常数达到最小值,仅仅是BiFeO_3的十分之一.Bi_(1-x)Ca_xFeO_3样品所呈现的介电特性是由偶极子取向极化和空间电荷限制电流两种极化机理共同作用的结果.随着Ca^(2+)的引入,BiFeO_3样品的铁磁性显著提高.X射线光电子能谱图表明Fe^(2+)和Fe^(3+)共存于Bi(1-x)Ca_xFeO_3样品中,Fe^(2+)/Fe3比例随着Ca^(2+)掺杂量的增加而增大,证明Ca^(2+)掺杂增加了Fe^(2+)的含量,增强BiFeO_3的铁磁特性.从M-T曲线观察到BiFeO_3样品在878 K附近发生铁磁相变,示差扫描量热法测试再次证明BiFeO_3在878 K发生相变.Ca^(2+)掺杂使BiFeO_3样品的TN略有变化而TM基本不变,其主要原因是Fe-O-Fe反铁磁超交换作用的强弱和磁结构相对稳定.

LaFe_(11.17-x)Co_(0.78)Si_(1.05)B_x合金磁热效应的研究

用工业纯原料研究了LaFe11.17-xCo0.78Si1.05Bx(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)合金在室温附近的磁热效应。B元素作为间隙原子进入晶胞,随着B含量的增加,磁相变点从x=0时的277K升高到x=0.3时的289K。同时,磁熵变和直接测量的绝热温变也随着B含量的增加而增大了,在低磁场具有较大的磁热效应。测量表明合金的热滞和磁滞均很小。

通过反铁磁到弱铁磁的调节实现磁制冷剂性能的极大提升

磁制冷剂的主要目标是在低场(≤2 T)下实现大的磁热效应.以往的研究表明,弱铁磁相互作用和高磁性密度的磁制冷剂可以实现这一目标.然而,由于缺乏有效的合成策略,人们很难同时获得弱铁磁相互作用和高磁密度的磁制冷试剂.本文研究了Gd(HCOO)(OH)(1)和Gd(HCOO)F(2)的合成及其磁热效应.磁性研究表明,化合物1呈现反铁磁相互作用,磁相变温度为1.4 K;而化合物2表现出弱铁磁相互作用,磁相变温度为1.0 K.这些结果清楚地表明,通过在反铁磁化合物中引入氟桥不仅可以调节其磁相互作用,还可以调节它们的磁相变温度.值得注意的是,虽然化合物2的磁密度与化合物1的磁密度几乎相同,但化合物2在1 T时的磁热效应(27.6 J kgK)接近化合物1在1 T时磁热效应(10.2 J kgK)的3倍.本研究为提高磁性制冷剂的磁热效应提供了一种有效方法.