[发明专利]一种锰铁基室温磁制冷材料及其制备方法

说明书

本申请涉及一种锰铁基室温磁制冷材料及其制备方法，锰铁基磁制冷材料的化学通式为：Mn_1.15Fe_0.85P_aSi_bGe_cB_δ，其中a的范围为0.45～0.65，b的范围为0.13～0.35，c的范围为0～0.2，δ的范围为0.0～0.1，且a、b、c、δ满足条件a+b+c+δ=1。本申请的锰铁基室温磁制冷材料极大地改善了锰铁磷硅材料的磁热性能，同时通过调整磷硅比例和添加铁硼合金使锰铁基磁制冷材料的相变温度在室温附近可调，并且保持较大的等温熵变值，有利于材料在室温磁制冷技术中应用。

技术领域

本申请涉及磁制冷材料技术领域，尤其涉及一种磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

目前，传统的气体压缩式制冷技术已广泛应用到生产生活的各个方面。但气体压缩式制冷存在制冷效率低的缺点，并且其氟利昂工质的排放会破坏大气臭氧层。因此，研究和开发节能环保的绿色磁制冷技术就显得尤为迫切且意义重大。与传统的气体压缩式制冷相比较而言，磁制冷技术具有制冷效率高、可获得足够低温等优势。

近年来，诸多具有较大室温磁热效应的材料备受关注。其中过渡族金属基化合物锰铁磷硅(Mn-Fe-P-Si)不仅具有较大的磁热效应，而且原材料来源广泛、价格低廉、无环境污染，是一种具有应用前景的室温磁制冷材料。Mn-Fe-P-Si系列化合物在居里温度附近发生一级磁相变，从而导致其具有巨磁热效应的特点。通过调节Mn/Fe或P/Si比例可以调节化合物的居里温度至室温附近，使其有利于实际应用。

我们在研究中发现，对于含磷量较高的Mn-Fe-P-Si系列化合物，例如当磷含量a高于0.6时，化合物呈现出反铁磁相互作用，一级磁相变消失，同时磁热效应急剧降低。本发明通过在高磷含量的Mn-Fe-P-Si化合物中添加一定量的锗，使材料发生一级相变，保持较大磁热效应；另外，通过调整P/Si比例和添加FeB合金使化合物的相变温度在室温附近可调。可应用于室温磁制冷技术中。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种制备出居里温度可调、磁热效应较大、致密度较好的室温磁制冷材料及其制备方法。

本发明提供了一种锰铁基室温磁制冷材料，其化学通式为Mn_1.15Fe_0.85P_aSi_bGe_cB_δ，其中a的范围为0.45～0.65，b的范围为0.13～0.35，c的范围为0～0.2，δ的范围为：0.0～0.1；a、b、c、δ满足条件a+b+c+δ＝1。化学通式中的配比为原子百分比。

作为可选的技术方案，a＝0.65，b＝0.33，c＝0.2。

作为可选的技术方案，a＝0.50或a＝0.60或a＝0.65；b＝0.78-a；c＝0.2。

作为可选的技术方案，a：b为0.60∶0.18。

作为可选的技术方案，a：b为0.65∶0.13。

作为可选的技术方案，δ＝0.02或0.1。

作为可选的技术方案，a＝0.64-δ。

本发明还提供了另外一种锰铁基室温磁制冷材料，其化学通式为Mn_1.15Fe_0.85P_0.64-δSi_0.16Ge_0.2B_δ，其中δ的范围为：0.0～0.1。

本发明还提供了一种锰铁基室温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：