[发明专利]一种含稀土氢氧化物的磁制冷材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种磁性功能材料，具体涉及一种含稀土氢氧化物的磁制冷材料及制备方法。

背景技术

低温制冷技术在气体液化、高能物理、超导技术、航空航天等领域具有重要的应用价值。制冷剂包含有氟利昂、无机物和碳氢化合物三大类。实际应用中常用的低温制冷剂有R729(空气)、R728(N₂)、R702(H₂)、R732(O₂)和R704(He)等。其中，只有液氦能够达到4.224K，然而2K以下的温度区间需要使用昂贵的稀有气体氦-3。这种制冷剂效率较低且价格昂贵，限制了低温区的研究和应用。

磁制冷技术是利用磁性材料的磁热效应(magnetocaloric effect)实现制冷的一种无污染的制冷技术。具体表现为，通过改变外加磁场的强度使材料的磁矩发生有序、无序的变化(无相变)，引发磁体的吸热和放热作用进行制冷循环。磁制冷材料在高磁场下磁矩向有序状态变化，放出热量到周围环境；而在零/低磁场区域，磁矩向无序状态变化从而吸收热量，如此反复循环可实现持续制冷的目的。相对于传统的气体循环制冷，磁制冷的装置体积小、无污染、噪音低、效率高、功耗低，制冷效率不受热机循环的限制，可用于空间等微重力环境。磁制冷是一种具有强的竞争力的制冷方式。

磁制冷主要应用于低温制冷领域，例如卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和数据处理系统，辅助液氦制冷，以及创造极低温条件(<4.2K)等。磁制冷材料的选取是磁制冷技术的关键。理想的磁制冷材料是指在宽温区、低磁场下具有大的磁熵变的磁体。钆离子(Gd³⁺)上4f⁷的电子构型提供了最多的成单电子，具有最大的理论饱和熵，有可能产生较大的磁熵变，因此含钆的化合物在磁制冷方面的研究居多。已开发出的可用于低温(T≤20K)的磁制冷材料主要是石榴石结构的顺磁性磁体：钆镓化合物Gd₃Ga₅O₁₂(GGG，T_N～0.8K)、镝铝化合物Dy₃Al₅O₁₂(DAG，T_N～2.54K)和钆镓铝化合物Gd₃(Ga_1-xAl_x)₅O₁₂及Gd₃Ga_5-xFe_xO₁₂(GGIG)等。制冷温度范围4.2K～20K，常用作液氦前级制冷。无机或者合金磁制冷材料一般具有稳定性好、实用性强等优点，其缺点是磁熵变较小，效率不高。Gd(OH)CO₃因为其高的磁熵变被提出作为磁制冷材料的备选材料。近年来，随着配位化学和分子磁学的发展，人们发现磁性分子簇合物及配位聚合物在低温区同样展现出可观的磁热效应，如{Fe₁₄}、{Mn₄Gd₄}、{Ni₈Gd₄}、{Cu₅Gd₄}、[Gd(C₂H₃O₂)₃(H₂O)_0.5]_n等。但是这些化合物制备工艺繁琐、成本高，不利于批量生产。因此，寻求具有高的磁熵变、且化学性质稳定的磁制冷材料受到了化学及材料科学工作者的关注。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种含稀土氢氧化物的磁制冷材料及制备方法，该材料化学性质稳定，具有良好的热稳定性，在低温区具有大的磁熵变。该制备方法操作简单，环境友好，制得的产品收率高，适合工业化大规模生产。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种磁制冷材料，所述磁制冷材料的组成式为RE(OH)_yX_3-y，其中，RE为稀土金属，X为卤素，0＜y＜3。

所述稀土金属为钆、铽、镝、钬、铒、铥或镱。

所述卤素为氟、氯、溴、碘。

一种磁制冷材料的制备方法，向稀土金属源中引入卤素，加碱调节pH值后，在水热条件下进行反应，经冷却后制得磁制冷材料。

一种磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：