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【专题】专题 (磁制冷技术）希望大家多交流，把自己的研究展现给大家！
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磁制冷技术特点： 近年来，室温磁制冷技术因其高效节能、无环境污染等优点而成为当前制冷技术领域的研究热点，有望成为取代传统气体压缩制冷的新一代室温区磁制冷技术。而作为磁制冷技术关键的磁制冷工质材料的开发和应用受到国内外研究者的亲眯和重视并因此取得了较大的进展。 其中，特别是以稀土元素钆（Gd）、钆硅锗合金、镧铁硅合金、钙钛矿化合物及锰铁磷砷合金为代表的一系列室温磁制冷工质等得到了广泛的研究和发展。 其中，稀土元素钆（Gd）因其接近室温的居里温度（Tc=293.5K），且具有较大的磁热效应，而较早的得到关注 。1997年，我国南京大学都有为等人对类钙钛矿型化合物进行了大量研究，发现这类材料具有良好的室温磁致冷特性，约为同样磁场变化下的稀土金属Gd磁熵变的1.5～2倍。同年，美国依阿华大学Ames实验室的Pecharsky和Gachneidner等人发现GdSiGe材料具有巨磁卡效应，这使之成为目前室温磁制冷材料研究中的热点。随后在2001年，中科院物理所沈保根研究小组则首次报道了LaFeSi系合金也具有大的磁熵变。2002年，我国学者特古斯在锰基过渡金属化合物的研究中取得重大突破，发现MnFePAs化合物具有较大磁熵变，这一成果报道在自然杂志上。 磁制冷技术缺点： 尽管室温磁致冷技术取得了一定的进展，但是与实用化的蒸气压缩式制冷技术相比，还有一定的差距。主要体现在制冷量和温度跨度两个方面，具体表现在： （1）磁性材料的磁热效应不够大，而且应用温区较窄；（2）蓄冷技术以及换热技术差。 其主要原因是目前所研究的磁制冷材料的磁热效应（MCE）不够大；并且随着温度跨度的增加，其制冷功率和性能系数都呈直线下降；同时，材料的制冷功率、性能系数、温度跨度都明显依赖于磁场的大小，而要获得较好的制冷效果，就必须借助超导产生强磁场,但这将使磁制冷机结构复杂、成本大大增加，严重阻碍了磁致冷技术的商业化进程。 磁制冷技术目标： 目前室温磁制冷技术实用化的关键问题在于仍未开发出在室温附近具有优异的低场磁热效应的制冷工质。所以，在室温附近、低磁场（H<2T）工作条件下，提高材料的磁热效应和拓宽材料的制冷温区的磁制冷技术的研究显得尤为重要，但目前尚末取得突破性的进展。 有效解决方法之一： 考虑到磁制冷材料的实用化条件，根据埃里克森（Ericsson）循环可知，在窄温区具有磁熵变峰值的工质是不适合埃里克森循环的。因为埃里克森循环包含两个等温过程和两个等磁场过程，要求在一个较宽的工作温区内工质的磁熵变都大致相等。然而上述磁制冷材料在其各自的居里温度附近虽然具有较高的磁热效应，但是都存在可应用的温度区域窄的问题。具体而言，一旦工作温度偏离TC时，材料的磁热效应就会急剧减小。这对于磁制冷技术的实用化造成了很大的困难。 磁制冷材料在其各自的居里温度附近虽然具有较高的磁热效应，但是都存在可应用的温度区域窄的问题。目前解决这一问题的重要方法是复合化技术，即同时采用具有不同温度端的多种磁制冷材料，以实现扩展制冷温区的目标。 研究热点： 磁制冷材料的纳米化问题也已经成为本领域的一个研究热点。对新型纳米磁性材料方面的深入研究，为进一步研究和优化低磁场下磁制冷材料的磁热性能开辟了新的途径。首先，McMichael和Bennett等人采用超顺磁理论和Monte Carlo模拟计算对纳米固体体系的磁熵进行理论分析，得出了纳米材料的磁热性能将优于传统的粗晶材料这一具有突破性的结论。随后，Shull等人发现纳米复合Gd3Ga5－xFexO12材料的磁熵变较传统的GGG晶体提高了3－4倍，从而引发了磁制冷材料纳米化的研究热潮。 X. X. Zhang研究了纳米磁性Fe8的团簇各向异性的磁热效应，并提出了纳米磁性团簇产生各向异性的磁热效应机理。而Poddar则研究了由于表面自旋混乱引起的纳米Co和CocoreAgshell粒子的磁热效应和磁相变。Biswas研究了因电荷序相变引起的Pr0.65(Ca0.7Sr0.3)0.35MnO3纳米粒子的磁热效应。Franco等人研究了由各向异性引起的纳米粒子的磁热效应调制关系。Gorria等人则研究了高能球磨制备的Pr2Fe17纳米粒子的晶体结构和磁热效应。上述大量研究工作对纳米磁制冷材料的发展起到了重要的推动作用。 [ Last edited by xucz on 2009-8-5 at 23:19 ] |
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12楼2011-11-20 15:57:54
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