a位和b位离子掺杂对钙钛矿锰氧化物的磁热效应分析word格式论文.docxVIP

致谢深深地感谢我的导师葛洪良教授和张朋越教授。在我攻读硕士学位期间， 在学习上和生活上都得到了两位导师的热心帮助和关心爱护。我衷心地感谢导 师张朋越和葛洪良老师在学习上对我悉心教导，在实验方法、理论分析以及实 验流程上对我的研究生学习有着重要的影响作用，同时帮我理清思路，积累失 败教训同时开拓思维，不仅授之以文，而且指导人生之路。我要感谢，材料学院王新庆教授、王疆英教授、卫国英教授等老师给我实 验过程中的无私帮助。我还要感谢本课题组的泮敏翔师兄、杨杭福师兄及我的同学蒋欢畅等人的 热心帮助。华思昊2014 年 3 月A 位和 B 位离子掺杂对钙钛矿锰氧化物的磁热效应研究摘要：近年来，新发现和发展的磁热材料成为室温制冷技术中一个重要的标志。 磁热效应在二十世纪三十年代被发现，而近几年才发现室温磁制冷技术有着极 大的应用前景，并得到快速的发展。钙钛矿锰氧化物内部存在着自旋、晶格、 轨道和电荷自由度之间的强烈耦合，从而产生了光、电、磁等一系列特性，同 时还存在着磁电阻效应、催化性能及磁热效应。钙钛矿锰氧化物除了化学稳定 性强、电阻率大、成本低、比重轻、无毒、易小型化等优点以外，在低磁场下 还具有较大磁熵变以及居里温度可控这两个最主要的优势令该类化合物受到了 广泛的关注。但是该类材料的磁熵变相对于其他金属类磁热材料依然较小，磁 热性能易受材料结构的改变而显著变化。因此本文通过对钙钛矿锰氧化物进行 A 位和 B 位离子掺杂，研究不同离子掺杂对材料的结构、磁性及磁热效应有何 影响。并且在研究过程中深入探索出在低磁场及室温下如何提高材料的磁熵变 的方法和机理，使该类化合物能够成为理想的室温磁制冷材料。本文主要研究 内容包括：（1）本文以 Pr0.5Sr0.5MnO3 为基底材料，通过固相烧结法制备 A 位掺杂的 Pr0.5Sr0.5-x(Ba, Ce, Bi)xMnO3 (0≤x≤0.1)系列样品。研究发现掺杂不同元素后结构 发生改变，但是其相变类型并不改变，均为二级相变，这表明掺杂不同元素并 不能在很大程度上改变基底材料的性质。随着 Ba 和 Bi 掺杂量的增大，居里温 度先增大后减小，而掺 Ce 的样品其居里温度则不断增大，这是由于 Ba 和 Bi 掺杂后晶胞参数改变，导致 A 位平均离子半径和不匹配度受到影响，两者相互 作用导致了居里温度的先增后减。而掺杂 Ce 离子后居里温度逐渐升高，达到 310 K，这处于室温工作区间范围，同时，由于掺杂 Ce 的样品最大磁熵变|?SM|max 可达 1.93 J kg-1 K-1，这是金属 Gd 的 50%，因此在室温磁制冷领域有着较好的实 际应用。（2）通过固相烧结法制备 B 位掺杂的 Pr0.5Sr0.5Mn1-x(Fe, Co)xO3 (0≤x≤0.1) 样品。通过 XRD、SEM 及能谱分析仪测试样品的表面形貌及结构特点，通过 VSM 表征样品的磁性及磁热性能。发现掺杂 Fe 元素，样品的长程有序反铁磁 有序先逐渐消失，随着掺杂量的继续增大至 x=0.06 时样品重新出现长程有序反 铁磁有序。这是由于随着掺杂量的增大，掺杂的 Fe 元素并不参与 Mn3+和 Mn4+ 的跃迁作用，这导致电子宽带变窄并且电子间重合区域降低，这使得电子局域I化增大。同时，长程库仑相互作用力得到增大后令长程的反铁磁电荷有序出现。关键词：磁热效应；磁制冷；钙钛矿锰氧化物；居里温度 分类号：O482.54IIInvestigation of Magnetocaloric Effect on A Site and B Site doping in Pervoskite ManganitesAbstract：New and improved magnetocaloric materials are one of the cornerstonesin the development of room temperature magnetic refrigeration. Magnetocaloric effect has been researched since 1930’s, but has received enormous attention since the discovery of room temperature refrigerants. Perovskite manganite exhibits a series of optical, electrical and magnetic properties due to its strong coupling between the intrinsic spin, lattice, orbital and charge degrees of freedo