[发明专利]用于磁制冷的材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料，特别涉及一种用于磁制冷的材料及其制备方法和用途。

背景技术

现代社会人类生活越来越离不开制冷技术，目前普遍采用气体压缩制冷技术实现制冷，但传统的气体压缩制冷技术存在能耗大、对环境不友好等问题。所以，探索既节能又环保的新型制冷技术具有十分重要的意义。

磁制冷技术与传统的气体压缩制冷技术相比，具有高效节能、绿色环保、运行稳定等显著优势，具有成为新一代制冷技术的潜力。磁制冷技术以磁性材料为制冷工质，借助于磁制冷材料的磁热效应，通过对制冷工质加磁场和去磁场来实现制冷循环中的放热和吸热过程。具体说来，即在等温条件下，当磁场强度增加（磁化）时磁制冷材料的磁矩趋于有序排列，磁熵降低，向外界放热；当磁化强度减弱（退磁）时磁矩趋于无序排列，磁熵增加，磁制冷工质从外界吸热，从而达到制冷的目的。

通常，衡量磁制冷材料磁热性能的参数主要是磁熵变（ΔS）和磁制冷能力（RC），材料的ΔS和RC越大，制冷效率也就越高。磁制冷材料的磁熵变和制冷能力一般在相变温度附近出现最大值，调控相变温度可以得到在不同温区使用的磁制冷材料。按工作温区划分，磁制冷材料可分为低温(15K以下)、中温（15K~77K）和高温（77K以上）磁制冷材料。其中，中、低温区磁制冷材料因可应用于氮气和氢气液化等方面而受到国内外研究机构及产业部门的广泛关注。更具体地说，10K温度附近是液氢的重要温区，研究开发此温区下的磁制冷材料，对于氢气液化有重要意义。目前，在该温区研究发现的磁制冷材料主要包括稀土金属化合物，如ErNiAl，DyNi₅，ErNi₅，ErNi₂和DySb等。但由于这些磁制冷材料在上述温区的磁熵变和磁制冷能力不够大，所以商业应用受到一定限制。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于磁制冷的材料及其制备方法和用途，该材料在中低温区，特别是低温区具有大的磁熵变和高的制冷能力。

本发明的目的通过以下技术方案实现的。

一方面，本发明提供一种用于磁制冷的材料，所述材料的化学式为Ho_xEr_1-xNi_y，其中，0≤x<1，0.8<y≤1，所述材料具有FeB型正交立方晶体结构。

根据本发明提供的材料，其中，当x=0时，所述材料的化学式为ErNi_y。ErNi_y材料为铒-镍制冷材料。

作为本发明的优选实施方案，其中，0.9≤y≤1。0.9≤y≤1时，ErNi_y材料在低温区（即10K附近）具有大的磁熵变和高的制冷能力。

例如，所述ErNi_y材料可以为ErNi_0.9和ErNi。其中，ErNi_0.9材料的主相具有FeB型正交立方晶体微结构，除了主相外，ErNi_0.9材料还具有少量的Er₃Ni₂相。而ErNi材料为单相的FeB型正交立方晶体微结构材料。

其中，所述FeB型正交立方晶体结构的空间群为Pnma，晶格参数约为

根据本发明提供的材料，其中，当y=1时，所述材料的化学式为Ho_xEr_1-xNi。Ho_xEr_1-xNi材料为钬-铒-镍制冷材料。

作为本发明的优选实施方案，其中，0≤x≤0.8，优选地，0≤x≤0.2，更优选地，0.05≤x≤0.2，最优选的，0.05≤x≤0.1。

当0≤x≤0.2时，Ho_xEr_1-xNi材料在低温区（即10K附近）具有大的磁熵变和高的制冷能力。特别地，当0.05≤x≤0.1时，Ho_xEr_1-xNi材料在低温区（即10K附近）的磁熵变和制冷能力尤为突出。例如，Ho_0.05Er_0.95Ni材料和Ho_0.1Er_0.9Ni材料的磁熵变峰值分别高达32.3J kg^-1K^-1和34J kg^-1K^-1。