gdzn合金的磁熵效應(yīng)研究

1、謦善晶I 冉態(tài)翥 蒜 u 簍鑒。M a r ．2 0 0 2V 0 I ． 3 3N o ． 2文章編 號 1 O O O 一1 ~ 3 8 ( 2 0 0 2 ) 0 2 · 0 1 5 4 - 0 4G d Z n合金的磁熵效應(yīng)研究 劉 學(xué) 東， 云 月厚 ， 劉承林 ， 張 偉 ． 季 國棟 ( 內(nèi)蒙 古大 學(xué)物理學(xué) 系稀 土功 能材料實(shí)驗(yàn)室 ， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 1 )摘要 ： G d Z n稀

2、土合金在磁場為 1 ． 5 特新拉， 溫度為 2 5 0 ~3 0 0 K范圍內(nèi)， 具有較大的磁熵變．z n 元素的加入會使合金 的磁 熵變溫 區(qū)變 寬 ， 且隨著元 素 G d 和 z n的 比例不 同， 合金的居里溫 度、 碰嫡變 最大 值以及 溫區(qū)寬度都有 相應(yīng)的變化．關(guān)鍵調(diào) ： 磁制冷I 磁制冷材料} 磁 熵變} 居里溫度中圖分類號 ： 0 4 4 1 ． 6文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： A引 言 磁制冷方式與通常的壓縮氣體制冷 方式相 比較

3、 ， 具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)． 磁制冷使用的是固態(tài)工 質(zhì) ， 它具有較大 的磁熵密度。， 因而體積比通常制冷機(jī)要小的多 ； 還 由于磁制冷機(jī)采用磁場變化取代 一 般制冷機(jī)的壓縮氣體的變化 ， 這樣它產(chǎn)生的噪音也小． 另外 ， 磁制冷機(jī)的固態(tài)工質(zhì)能使所有的熱交 換在工質(zhì)和蓄冷流( 傳遞工質(zhì)和制冷機(jī)內(nèi)外熱量 的液體) 之間進(jìn)行， 因而功耗低 ， 效率高． 更為重要 的是磁制冷機(jī)不 使用氟里昂 ， 這對保護(hù)臭氧層非常有利， 因此 ， 磁制冷方式極

4、有可能成為新型 的室溫制 冷方式． 隨著對磁制冷材料研究的不斷深入 ， 人們的目光逐漸集中到努力尋找在低磁場下于室溫附近 具有較大磁熵變且成本低的磁制冷材料． 值得一提的是 ， 稀土磁體具有較高 的飽和磁化強(qiáng)度、 磁晶各 向異性和獨(dú)特 的磁結(jié)構(gòu)及磁相轉(zhuǎn)變 ， 在外磁場作用下會產(chǎn)生很大的磁熵變 ， 而且一些稀土磁體的居里 溫度恰好在室溫附近 ， 所以目前所研究的磁制冷材料基本上集中在稀土金屬及其合金和金屬 間化臺 物．1 磁制冷基本原理

5、1 ． 1 磁制冷的熱力學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí) ， 一個(gè)磁系統(tǒng)的吉布斯函數(shù) G與其焓 z 、 內(nèi)能 U、 溫度 、 熵 S 、 磁化強(qiáng)度 M 及外磁 場 日 的關(guān) 系 為 ：G = Z 一 了 1 S = U — HM 一 丁 ( 1 )由此可 得 ：d G 一 一 M d H — S d T ( 2 )由( 1 ) 、 ( 2 ) 可 推 出磁 系統(tǒng) 的熱 力學(xué)麥 克斯 韋關(guān) 系式 ：(： ( 翕 )( 3 )考 慮 s — s (

6、 7， 日 ) 的 全 微 分 及 恒 磁 場 比 熱 c一 ‘d Q )一 了 1 ( 籌 )及 ( 3 ) 式 ， 上 式 可 以 寫 為 ：Td S — CH d T + () H d H ( 4 )· 收稿 日期 2 0 0 1 ． 0 9 ． 2 9作 者簡 升 ： 劉學(xué)東 ( 19 6 0 ～ ) ， 男 ， 內(nèi)蒙古 赤峰人 ， 內(nèi)蒙古大學(xué)碩士研究生 維普資訊 http://www.cqvip.com 1 5

7、6內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版)2 0 0 2 年 6 05 04 。3 02 01 。0毛4 03 02 01 002 5 02 6 02 7 02 8 02 9 03 0 03 1 0T f K )( a ) Gd ¨Z n1 的 M- T 曲線 ( a ) T heM - T c u r v e sO fGdZ n1基2 4 52 5 62 6 12 7 82 B 93 O OT ( K )( b ) G d 

8、8;Z n , ： 的 M- T曲線 ( b ) TheM - T c u r v e so fOd 0I Zn n2儡 6 0毫5 04 03 02 01 002 4 52 5 62 6 72 7 82 8 93 0 02 2 52 3 62 4 72 5 82 6 92 8 0T( K) T ( 1 ( 1( c ) G dZ n ¨的 M- T 曲線 ( d ) G d ¨Z n n 。 的 M- T曲線 (

9、 c ) Th eM — T C U I “ v e so fGd o， Z n 03( d ) Th eM - T c u r v e so fGd 。 5 Z n m ‘圖 1G d Z n 臺 金在不同磁 場下 的一 了 1 曲線( a ) ～ ( d ) 圖 中的 1 、 2 、 3 分別是在外磁場為 5 0 0 0 e 、 1 0 0 C Oe 、 2 0 0 0 O e 時(shí)的磁化 曲線 F i g． 1M — Yc u

10、r v eo fGd Zna l l o y sa td i f f e r e n tma gn e t i cf i l e d- t h ema g n e t i z a t i o nc u r v e so f1 、 2 、 3i n( a ) ～ ( d ) a r ea to u t e rma g n e t i cf i l e d5 O 0 Oe 、 1 0 0 0 Oe 、 2 0 0 0 Oe2 4 02 5

11、02 6 02 7 O2 8 02 9 03 0 03 1 0K )圖 2G d Z n合金在外 磁場從 0 變到 1 ． 5T時(shí) 的磁熵 隨溫度 變化關(guān) 系曲線 Fi g ． 2Th ea l l o y sGd Znsma g n e t i ce n t r o p yc h a n g ed e p e n do nt h et e mp e r a t u r eu n d e rama g n e t i cf i l e

12、du pt o1 ． 5 T2 ． 3 結(jié) 果分析 3 0 02 9 02 8 02 7 02 6 02 5 00 ． 00 ． 1020 ． 30 ． 40 ． 50 ． 6r 圖 3G d Z n 臺金居里溫度隨 z n比倒變化 圖F i g ． 3Thea l l o y sGd Z nsc u r i et e mp e r a t u r ed e p e n do nt h er a t i oo fZn迄今為止 ， 金屬釓

13、( G d ) 及其化合物的磁熱性質(zhì)被研究的最多 ， G d的居里溫度T=2 9 3 K( 2 0 ℃) ，正處于 室溫． 在 2 9 3 K 處， 當(dāng)外磁場分別從 5 ． 0 、 2 ． 0 、 1 ． 5T降到 0T時(shí) ， G d的最大磁熵變分 別為 O 5 O 5 0 5 0 3 2 2 1 1 0 0 一 ) 1 ．／ f v ， I ．_ -．維普資訊 http://www