稀土材料 | 稀土磁制冷材料

能源和环境是当今国际社会共同面临着的问题。据报道，全球范围用于制冷（包括空调、冷藏及冷冻）所消耗的能源就占总耗能的15%，而目前所使用的制冷技术多为传统的气体压缩膨胀制冷。

虽日臻完善，但仍存在两个重大的缺陷：一是工质对环境的污染，二是制冷效率低。故找到一种既环保又高效节能的新型制冷技术已成为世界范围内亟待解决的问题。

磁制冷是指以磁性材料为工质的一种全新的制冷技术，其基本原理是借助磁性材料（磁制冷材料）的磁热效应（Magnetocaloric Effect,MCE).所谓磁热效应是材料在外加磁场下因磁矩发生有序－无序变化（相变）而吸热放热的物理现象。

众所周知，磁性材料是由具有磁矩的原子或磁性离子组成，由于物质内部的热运动或热振动，当不加磁场时，磁性材料内磁矩的取向是随机的，此时其相应的熵较大。

当磁性材料被磁化时，磁矩沿磁化方向择优取向，在等温条件下，自旋有序度增加，磁熵降低，向外界等温排热。

当磁场强度减弱时，由于磁性原子或离子的热运动，其磁矩又趋于无序，在等温条件下，材料从外界吸热，就能达到制冷的目的。

稀土磁制冷材料主要用在制冷装置上。根据实际情况，一般是通过两种方式来应用：

一种是被动式的磁蓄冷，这种方式中材料本身不产生热，也不需加磁场，只是在制冷循环的不同阶段进行吸热和放热，从而拓宽传统制冷机的温跨。并且这种方式多用在低温下，因为这时的晶格及电子热容趋于零，而磁制冷材料由于在磁相变点附近有大的热容，对蓄冷（热）有利。

另一种是所谓主动式的磁制冷，这种方式是把磁制冷材料作为装置的核心部件，利用它在磁化（去磁）产生的热（冷）（即磁热效应）来主动实现制冷。

作为一种新型的制冷技术，磁制冷与传统的制冷技术相比具有三个明显的优点：

（1）绿色环保。磁制冷采用固体制冷工质，解决了气体有毒、易泄漏、易燃以及对臭氧层的破坏和温室效应等问题。

（2）高效节能。磁制冷产生磁热效应的热力过程是高度可逆的，其本征热力学效率可以达到卡诺效率，而实际能实现的效率也可达到卡诺循环效率的60%~70%,甚至更高，而目前传统制冷技术最高只能达到卡诺循环效率的30%~40%。

（3）稳定可靠。磁制冷无需气体压缩机，振动与噪声小，寿命长，可靠性高。因而磁制冷技术被誉为绿色制冷技术。磁制冷应用广泛，从μK、mK级到室温及室温以上均适用：在低温领域，磁制冷技术在制取液化氦、氮，特别是绿色能源液化氢方面有较好的应用前景。在高温特别是近室温领域，磁制冷在冰箱、空调以及超市食品冷冻系统方面也有广阔的应用前景。