A、B位摻雜鈣鈦礦錳氧化物的磁熱效應研究.pdf

1、具有鈣鈦礦結構的稀土氧化物體系由于內(nèi)在的自旋、晶格、軌道和電荷自由度之間強烈的耦合作用而顯示出特有的光、電、磁輸運性質(zhì)及優(yōu)異的磁電阻效應、催化性能及磁熱效應等,因而被廣泛應用于磁制冷、高溫加熱材料、固體電阻器及氧化還原催化等諸多領域。近年來,室溫磁制冷材料得到了快速的發(fā)展,其中鈣鈦礦結構錳氧化物磁制冷材料憑借其低場下具有較大的磁熵變、化學穩(wěn)定性強、居里溫度可調(diào)控、電阻率大、成本低、且比重輕、無毒、容易小型化等優(yōu)點,受到了廣泛的關注。目前

2、,鈣鈦礦錳氧化物某些性能還存在一些不足,如磁熵變相對于其他合金或者化合物依然較小,磁性能受摻雜影響大等。本文通過A位和B位離子摻雜鈣鈦礦錳氧化物,深入研究摻雜后對材料的結構、磁性和磁熱性能的影響。尋求和探索在低磁場下提高材料磁熵變的方法和機理,同時裁補材料的居里溫度,使之能夠成為理想的室溫磁制冷材料。
　　學位論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)本文以Pr0.5Sr0.5MnO3為基質(zhì),采用傳統(tǒng)的固相燒結法制備了A位單價元素

3、摻雜的Pr0.5Sr0.5-x(Li,Na,K)xMnO3(0≤x≤0.3)系列樣品。研究了摻雜后材料的相變類型、居里溫度和磁熵變的變化;結果表明,隨著單價元素含量的升高,材料由二級相變轉(zhuǎn)變?yōu)橐患壪嘧?長程的鐵磁有序隨著摻雜量的增加而增強,最高的居里溫度都在室溫附近。通過Landau理論探討了材料二級相變磁熵變的來源是外磁場下樣品自旋磁矩平行排列的結果;分析了不同摻雜離子濃度對材料交換作用的影響及不同單價元素對體系材料的磁性和磁熵變的影

4、響。在1.5T的低磁場下,Li+、Na+和K+離子在x=0.3時的最大磁熵變分別達到了-2.64Jkg-1K-1,2.70Jkg-1K-1和3.37Jkg-1K-1,同時,磁滯較小,是理想的磁工質(zhì)候選材料。
　　(2)通過固相燒結的方法制備了B位元素摻雜的La0.7Sr0.3Mn1-xCoxO3(x=0,0.05和0.1)和La0.7Ca0.3Mn1-xNixO3(x=0,0.05和0.1)樣品。研究了B位元素摻雜對鈣鈦礦錳氧化物

5、結構、磁性和磁熱性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)晶胞體積隨Co和Ni離子摻雜量的提高而不斷減小,磁熵變溫度區(qū)間不斷增大,材料居里溫度隨著摻雜迅速變化;Co離子的摻雜所引起的反鐵磁有序,使得雙交換作用和超交換作用共存,兩種交換作用的相互競爭,使得長程的鐵磁有序轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛惕F磁有序;同時,由居里-外斯定律得到的有效磁矩與理論計算得到的相比較,發(fā)現(xiàn)少量摻雜時,Co3+離子占主導地位,隨著摻雜量的增加,Co4+含量逐漸提高,反鐵磁交換作用進一步增強。由于B位