A、B位摻雜鈣鈦礦錳氧化物的磁熱效應(yīng)研究.pdf

1、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)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(qiáng)烈的耦合作用而顯示出特有的光、電、磁輸運(yùn)性質(zhì)及優(yōu)異的磁電阻效應(yīng)、催化性能及磁熱效應(yīng)等,因而被廣泛應(yīng)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(lǐng)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(jié)構(gòu)錳氧化物磁制冷材料憑借其低場(chǎng)下具有較大的磁熵變、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、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(diǎn),受到了廣泛的關(guān)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(duì)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(duì)材料的結(jié)構(gòu)、磁性和磁熱性能的影響。尋求和探索在低磁場(chǎng)下提高材料磁熵變的方法和機(jī)理,同時(shí)裁補(bǔ)材料的居里溫度,使之能夠成為理想的室溫磁制冷材料。
　　學(xué)位論文的主要研究?jī)?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(jié)法制備了A位單價(jià)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(jié)果表明,隨著單價(jià)元素含量的升高,材料由二級(jí)相變轉(zhuǎn)變?yōu)橐患?jí)相變,長(zhǎng)程的鐵磁有序隨著摻雜量的增加而增強(qiáng),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(jí)相變磁熵變的來源是外磁場(chǎng)下樣品自旋磁矩平行排列的結(jié)果;分析了不同摻雜離子濃度對(duì)材料交換作用的影響及不同單價(jià)元素對(duì)體系材料的磁性和磁熵變的影

4、響。在1.5T的低磁場(chǎng)下,Li+、Na+和K+離子在x=0.3時(shí)的最大磁熵變分別達(dá)到了-2.64Jkg-1K-1,2.70Jkg-1K-1和3.37Jkg-1K-1,同時(shí),磁滯較小,是理想的磁工質(zhì)候選材料。
　　(2)通過固相燒結(jié)的方法制備了B位元素?fù)诫s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?fù)诫s對(duì)鈣鈦礦錳氧化物

5、結(jié)構(gòu)、磁性和磁熱性能的影響。結(jié)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(jìng)爭(zhēng),使得長(zhǎng)程的鐵磁有序轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛惕F磁有序;同時(shí),由居里-外斯定律得到的有效磁矩與理論計(jì)算得到的相比較,發(fā)現(xiàn)少量摻雜時(shí),Co3+離子占主導(dǎo)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(jìn)一步增強(qiáng)。由于B位