[发明专利]一种具有宽制冷温区的高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有宽制冷温区的高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：1)根据高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料的化学计量比称取单质原料，将称取的原料混合，进行熔炼，得镧铁硅基合金铸锭；其中高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料的化学计量式为LaFe_{11‑(x+y+m+n)}Co_xNi_yCr_mMn_nSi₂；2)热处理：将所得镧铁硅基合金铸锭进行高温退火热处理，进行淬火，即得所述镧铁硅基磁制冷材料。采用本发明所述方法可显著拓宽所得磁制冷材料的制冷温度范围，并改善所得镧铁硅基磁制冷材料的单相性；且涉及的制备方法较简单、重复性好，适合推广应用。

技术领域

本发明属于全固态磁制冷材料技术技术领域，具体涉及一种具有宽制冷温区的高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

目前广泛使用的蒸汽气体压缩制冷技术使用氟利昂等含氟制冷剂，具有易泄露、破坏臭氧层、产生温室效应、造成环境污染等明显缺点；不符合碳中和绿色可持续发展战略，进一步寻求环保、高效、节能的新型制冷技术已经成为世界范围内亟待解决的问题。

磁制冷是一种重要的绿色无污染固态制冷方式，通过磁性材料的磁热效应实现制冷。磁性材料在磁化时磁矩在磁场力作用下趋于与磁场平行，导致自旋熵减小，晶格熵增加，温度升高；去磁时磁矩又趋于无序，导致自旋熵增加，晶格熵减小，温度降低。通过循环励磁和去磁，实现热交换，进而实现从环境中吸热达到制冷的目的。磁卡制冷避免了蒸汽压缩制冷中因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂带来的环境污染等问题；并且效率可达卡诺循环的30-60％，节能优势显著，相比于蒸汽压缩制冷具有绿色环保、内禀高效、稳定可靠等优点。目前磁卡材料主要应用于低温制冷，这是由于低温时自旋熵与晶格熵接近，自旋熵的改变能够带来相对更多的晶格熵的改变。针对人们生活中更重要的室温制冷，目前还缺乏在室温附近具有良好磁热效应的磁卡材料。

La(Fe,Si)₁₃磁制冷材料兼具高磁熵变、高居里温度、无毒性、成本低等优点，是室温附近磁制冷的关键突破口。在磁制冷材料的实际使用中，磁制冷材料的实际制冷工作区间(最大磁熵变曲线的半峰宽)，也是衡量制冷量的重要指标。目前对La(Fe,Si)₁₃合金的研究主要集中在单元素掺杂方面。例如，Fe位Co掺杂可增加居里温度，但同时降低了最大磁熵变。此外，有很多研究都集中在La位掺杂方面，如在La位掺杂Ce、Pr、Nd可降低居里温度，但增加了最大磁熵变，Gd掺杂导致最大磁熵变随居里温度的增大而降低。此外，上述相关报道均主要针对居里温度和最大磁熵变进行调控，不涉及制冷温度区间的研究和优化。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种利用高熵掺杂提高镧铁硅基磁制冷材料实际制冷温区的方法，可显著拓宽所得磁制冷材料的制冷温度范围，并改善所得镧铁硅基磁制冷材料的单相性；且涉及的制备方法较简单、重复性好，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用高熵掺杂提高镧铁硅基磁制冷材料实际制冷温区的方法，包括如下步骤：

1)合金熔炼：根据高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料的化学计量比称取单质原料，将称取的原料混合，进行熔炼，得镧铁硅基合金铸锭；其中高熵掺杂镧铁硅基磁制冷材料的化学计量式为LaFe_11-(x+y+m+n)Co_xNi_yCr_mMn_nSi₂；

2)热处理：将所得镧铁硅基合金铸锭进行高温退火热处理，进行淬火，即得所述镧铁硅基磁制冷材料。

上述方案中，所述x、y、m、n分别取值0.1～0.4。

更优选的，所述x、y、m、n分别取值0.2～0.3。