稀土百科 | 高温区磁制冷材料

高温区主要是指77K以上的温度区间，在该温区，特别是室温温区，因传统气体压缩制冷的局限日益凸显，而磁制冷技术刚好能克服这两个缺陷，因此受到极大的关注。目前国内外科技工作者研究方向侧重在室温温区范围内，但是温磁制冷的研究水平还远远低于低温范围的研究。有些还处于实验探索阶段。在该温区内温度高，晶格熵增大，磁性系统受到的热扰动和晶格系统的热振动都增大，使制冷工质的磁矩有序排列需要的外加磁场也必须增加。显然，在此温度范围以上，如果采用顺磁性材料，要得到有充分制冷效益的ΔS所需的磁场太大，在实用中不可能实现。所以顺磁工质已经不适用了，需要用铁磁工质。同时如果不采取措施取出晶格熵，有效熵变将非常小；另外，在室温范围内强磁场的设计以及换热性能的加强都是很关键的。

一般来讲，稀土元素元素，特别是中重稀土元素的4F电子层有较多的未成对电子，使原子自旋磁矩较大，可能具有较大的磁热效应。因此在该温区，仍然以稀土金属及其化合物为主要研究对象。其中稀土金属Gd是其中的典型代表，其4F层有7个未成对电子，居里温度(293 K)恰好在室温区间，且具有较大的磁热效应。过去二十年研究的此温区磁制冷工质包括重稀土及合金、稀土-过渡金属化合物、过渡金属及合金、钙钛矿化合物。