铒-钬基高性能低温磁制冷材料的研究

稀土基合金化合物在低温区具有较大的磁有序度变化等物性,在低温磁制冷方面具有重要的研究价值和广阔的应用前景。通过多种磁性和物性测量方法(如直流磁性、交流磁性、比热、粉末中子衍射技术),系统地研究了铒-钬-基合金化合物的磁性和磁热效应。研究发现:随着温度的升高, Ho12Co7材料呈现出多个磁熵变峰,虽然磁熵变峰值不是特别大,但是0~5 T磁场变化下其磁制冷能力高达554.9 J·kg^-1,在低温区磁制冷应用中展现出了巨大的优势。进一步分析发现:通过自旋优化以及对材料进行复合的思路,最终获得了磁热效应更加优异的Er-Ho-Co复合磁制冷材料。在对稀土-镍材料体系的系列研究后,成功合成了目前在低温区具有巨大磁熵变的Er0.9Ho0.1Ni化合物, 0~5 T磁场变化下其磁熵变峰值高达34.0 J·kg^-1K^-1,磁熵变峰值和绝热温变峰值较母体材料分别提高了14.9%和21.9%。在交流磁化率以及变温中子衍射实验结果的基础上,对RNi系列材料的磁相变进行了严格论证,探明了上述材料性能得到大幅度提高的物理机制。