稀土锰钙钛矿陶瓷磁制冷材料.pdfVIP

维普资讯 陈涛等 ：稀土锰钙钛矿 陶瓷磁制冷材料 学术研 究 7 稀土锰钙钛矿陶瓷磁制冷材料 陈 涛 徐 政 (同济大学材料科 学与工程学院 上海 200092) 摘 要 简要叙述 了磁制冷的基本原理和有望作为室温磁制冷工质的稀土锰钙钛 矿枕耩、。 关键词 磁制冷 磁卡效应 稀土锰钙钛矿 0 引 言 S 、晶格熵 Sh和 电子熵 Se-三部分构成 的，它是磁 场 强度和绝对温度的函数 ： 制冷在当今世界 中有着举足轻重 的作用 ，不论 S( H)=SM( H)+SLa( )+Se-()… (1) 是科研 、工业还是 民用 ，它都是不可缺少 的一项技 铁磁体 的MCE在居里温度 T 附近 的热力学性 术 。然而 日常空调和冰箱所用 的制冷剂氟里 昂，由 质可用图 l来说 明。 于它对大气 中的臭氧有破坏作用 ，在环保 呼声越来 越高涨 的今天 ，人们 已经开始寻找绿色制冷来代替 传统 的气体压缩制冷 了。磁制冷就是这样一种技 术 。磁制冷是利用 固体磁性材料 的磁热效应亦称磁 卡效应 (MagnetocaloricEfleet，MCE)来制冷的。磁卡 一 效应是指 当分别对磁性材料等温磁化和绝热退磁 迢 壤 时，该材料相应地放热和吸热 的一种现象 。当利用 一 个循环将这两个过程连接起来 时 ，就可达到连续 制冷的 目的。磁制冷使用 的是 固态工质 ，不会造成 传统气体压缩制冷那样的污染 ，并且它省去 了压缩 机 、膨胀机等运动机械 ，可做到体积小 、结构简单 、 温度 (T) 无噪音 。 图 1 铁磁体 的MCE在磁有序化温度 附近的热力学性质 1 磁卡效应的基本原理 图 l表 明了铁磁体在两个磁场下 (H。H。)的 熵值情况 。当对铁磁体在绝热可逆的过程 中磁化时 对 于所有 的磁性材料来说 MCE是其 固有 的属 (即磁场变化时系统的总熵值保持不变)，磁卡效应 性 ，它是 由于磁性亚晶格与磁场之间的耦合而产生 表现为绝热温升 (△T。=T。一 o)，如 图 l中的水 的，这种耦合改变 了固体 中的磁熵。磁性物质的 自旋 平箭头所示。MCE亦可用 同一温度下的磁熵变 (即 之 间存在交换作用 ，会使局域 自旋形成平行或反平 等温磁化时的磁熵变 △S =S。一S。)来表示 ，结果 行排列 的有序相 ，以使系统 的总能量尽量 降低 。强磁 如图 l中的垂直箭头所示 。△T。和 △S 反应 了磁 体在低于居里温度 T 时，发生 自发磁有序转变 ，铁磁 卡效应两个数量上的特性 ，显然AT 和△S 都是