一种通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法技术

一种通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法涉及磁热领域，本发明专利技术可以通过控制共价键的长度来调节具有一级相变磁制冷材料的居里温度(T

【技术实现步骤摘要】
一种通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法


[0001]本专利技术涉及磁热领域，一种通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法。

技术介绍

[0002]近年来，日益加剧的环境问题已经得到国际社会的广泛关注。在诸多环境问题中，日益加重的温室效应及臭氧层空洞应被尤其关注，温室效应不但会导致全球变暖、海平面上升，而且会使带来冷、热空气的洋流减慢，臭氧层空洞则会导致有害的紫外线进入大气层。导致温室效应的元凶是氟利昂和氟氯代烷等，这是传统机械压缩制冷中必不可少的制冷剂。磁制冷技术是通过使磁工质发生相变，通过热传导在相变前后产生的热量变化来进行制冷。该技术有着高效节能、寿命长、可靠性高、便于维修、振动及噪声小及环境友好等优点，是21世纪最有希望替代传统气体压缩制冷的新型制冷技术之一。
[0003]具有一级相变的材料虽然有很大的熵值，但是其在相变时较大的热滞后(ΔT
hys
)会导致能量的损失，影响其制冷能力；而磁制冷材料的居里温度(T
C
)，决定了其工作的温区。许多科研人员通过调整元素配比以及掺杂其他元素的手段来调节磁制冷材料的居里温度和热滞后。
[0004]但是盲目的调整组分和掺杂新元素会加大科研人员的工作量，降低效率，我们从材料晶体内部共价键的角度来理解磁热性能的变化，通过系统研究发现和建立了磁热性能与共价键的长度的内在关系，实现了通过控制共价键的长度来调控其磁热性能，形成了寻找合适材料组分的新方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种研究磁制冷材料设计组分、提高磁热性能的有效途径，通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法。
[0006]本专利技术的通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将需要调控组分的磁热材料进行磁热性能测试，得到各样品的居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)；
[0008](2)进行X射线衍射(XRD)测试，得到一系列的XRD谱图；
[0009](3)将XRD谱图进行Rietveld全谱拟合后，得到化合物的晶格常数a、b、c、α、β、γ、化合物中各原子的坐标、占位率；对样品的XRD谱进行晶体结构精修，得到每个样品的晶体结构参数；晶体结构精修采用全谱分析软件利用最小二乘法原理进行Rietveld全谱拟合，输入样品的XRD数据，当连续三次计算的差值都小于0.001时判定为收敛，输出样品的结构参数；
[0010](4)使用晶体结构参数得到各共价键的长度；
[0011](5)通过数据，使用数学归纳法总结出共价键长度与居里温度(T
C
)、相变前后共价键长度的差值与热滞后(ΔT
hys
)的正比关系直线；
[0012](6)将结论反推就可以通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能。
[0013]本专利技术为设计材料成分提供了一个有效的方法，使居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)磁热性能可以被调整到最佳值。
附图说明
[0014]图1为Mn2‑
x
Fe
x
P
y
Ge1‑
y
系列化合物的晶体结构及其中的共价键。
[0015]图2为L
bond
‑Ⅰ
与居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)的关系。
[0016]图3为L
bond
‑Ⅱ
与居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)的关系。
[0017]图4为L
bond
‑Ⅲ
、L
bond
‑Ⅳ
与居里温度(a,b)、热滞后(c,d)的关系。
[0018]图5为6个样品ΔL
bond
‑Ⅲ
、ΔL
bond
‑Ⅳ
和热滞后的关系。
具体实施方式
[0019]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0020]下面采用Mn2‑
x
Fe
x
P
y
Ge1‑
y
M
z
(M为掺杂元素，不同组分样品一共是54个)系列具有一级相变的化合物作为实例结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0021]使用差热分析仪(DSC)对一系列Mn2‑
x
Fe
x
P
y
Ge1‑
y
M
z
(M为掺杂元素)进行测试，得到各样品的居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)。
[0022]再对样品进行XRD测试，得到一系列的XRD谱图。将XRD谱图进行Rietveld全谱拟合后，得到化合物的晶格常数a、b、c、化合物中各原子的坐标、占位率及温度因子(B)。使用结构参数得到各共价键的长度。通过数据总结L
bond
‑Ⅰ
、L
bond
‑Ⅱ
、L
bond
‑Ⅲ
和L
bond
‑Ⅳ
与居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)的关系。
[0023]图1为Mn2‑
x
Fe
x
P
y
Ge1‑
y
系列化合物的晶体结构示意图，该晶体结构具有六方Fe2P型[(No.189)，Z＝3]，其中原子占位Mn：3g(x,0,1/2)，Fe/Mn：3f(x,0,0)，P/Ge(1)：1b(0,0,1/2)，P/Ge(2)：2c(1/3,2/3,0)，部分Fe被Mn取代，P被Ge取代。因此，Mn2‑
x
Fe
x
P
y
Ge1‑
y
系列化合物的晶胞中存在4种紧密的共价键，其中有两种层间共价键，分别是Fe/Mn
‑
P(3f
‑
1b)键(命名为bond
‑Ⅰ
)和Mn
‑
P/Ge(3g
‑
2c)键(命名为bond
‑Ⅱ
)，以及两个共面共价键，分别是Fe/Mn
‑
Ge/P(3f
‑
2c)键和Mn
‑
P(3g
‑
1b)键(分别命名为bond
‑Ⅲ
和bond...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过控制共价键的长度来调控具有一级相变磁制冷材料磁热性能的方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、对样品进行磁热性能测试，得到磁热性能参数，磁热参数包括居里温度(T
C
)和热滞后(ΔT
hys
)；对样品的XRD谱进行晶体结构精修，得到每个样品的晶体结构参数；晶体结构精修采用全谱分析软件利用最小二乘法原理进行Rietveld全谱拟合，输入样品的XRD数据，当连续三次计算的差值都小于0.001时判定为收敛，输出样品的结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹敏，张皓然，王少博，张振路，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：