[发明专利]具有磁熵变平台的近室温非晶磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有磁熵变平台的近室温非晶磁制冷材料及其制备方法，属于磁性材料领域，该材料的化学式通式为：Gd₄₅Dy₅Co₄₀Si_10‑xFe_x，式中x为原子百分比，且满足0≤x≤7。本发明的非晶磁制冷材料的磁熵变在近室温附近下降缓慢且具有平台，因此具有较大的磁相变温跨，其制冷能力可以达到611.4~823.2 J/kg，居里温度可达148~286 K。此外，该合金材料中Gd元素含量低，成本低廉，制备过程中不需要热处理等步骤，制备方法简单，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于非晶磁性材料领域，具体涉及一种Gd基非晶磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

制冷与现代人类社会生活生产息息相关，在各个领域都起着不可替代的作用，如在生活中室内空调制冷、食品冷藏冷冻，工业生产中材料低温处理、低温工程、超导应用，现代医学中器官和组织冷冻、低温手术、冷冻麻醉手术等。目前，传统的制冷方式为气体压缩制冷，利用压缩循环的方法，借助气体节流膨胀时产生的冷效应来达到低温。但是传统的制冷方式存在制冷效率低和制冷剂容易发生泄漏等非常明显的缺点。传统的气体压缩制冷，只能达到卡诺循环的5％～10％，而且制得的低温有限度，不能完全满足要求。同时氟利昂等液体制冷剂的使用容易发生泄漏，破坏大气臭氧层，对环境造成不可逆的破坏，对人类健康产生威胁。随着人们对环境保护的重视，联合国环境规划署通过签署了《蒙特利尔协议书》来限制氟利昂等制冷剂的使用，旨在保护大气臭氧层。由此科学家研究开发出了无氟替代制冷剂，能够解决破坏臭氧层的问题。但传统制冷仍然存在温室效应、制冷效率低以及能耗大的问题，没有从根本上得到解决。

磁制冷技术被认为是能够取代传统气体压缩制冷技术的不二候选，由于其独特的优势，而引起了人们广泛的关注和研究。相对于传统气体压缩制冷，磁制冷所使用磁工质一般为固体材料，避免了发生泄漏的问题，解决了传统制冷中破坏臭氧层、温室效应、易燃易爆、有毒等破坏环境的问题，因此磁制冷被认为是绿色环保的制冷技术。同时磁制冷热力过程高度可逆，制冷效率可达卡诺循环的30％～60％，甚至更高，具有节能高效的特点。此外，磁制冷还具有固体磁工质磁熵密度高，制冷机结构简单且没有压缩机、体积小、寿命长、运行可靠、振动及噪音小等特点。因此磁制冷被视为新型的高效绿色制冷技术，在当今能源紧缺、全球气温上升的情况下，具有很大的发展应用空间。

自从磁热效应现象被发现以来，人们从理论和实际应用上对不同材料的磁热效应（MCE）进行了不断地深入研究。近年来，非晶合金因为其在作为磁制冷材料应用方面具有独特的优势，逐渐引起人们的关注。经过不断地探索，磁制冷在室温范围内和低温范围都得到了很大的发展，稀土基、过渡族体系和高熵体系等一系列非晶合金材料被证明可以应用在磁制冷领域。无论是在室温还是低温范围内，磁性材料的MCE的大小是决定其制冷量的关键。大部分稀土基非晶合金的居里温度都在室温以下，应用温度范围小，因此需要探索开发应用范围更广的磁制冷材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用温跨大，环保且具有磁熵变平台的近室温非晶磁制冷材料。

本发明的另一个目的在于提供上述具有磁熵变平台的近室温非晶磁制冷材料的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种具有磁熵变平台的近室温非晶磁制冷材料，该材料为Gd基非晶磁制冷材料，其化学通式为Gd₄₅Dy₅Co₄₀Si_10-xFe_x，0≤x≤7。

较佳的，该材料的磁熵变在近室温附近（即50 K-230 K）下降缓慢且具有平台。

较佳的，该材料的制冷能力为611.4~823.2 J/kg，居里温度为148~286 K。

上述近室温非晶磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：