【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁制冷材料，具体涉及一种极低温磁制冷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、极低温制冷技术在凝聚态物理、暗物质搜索、量子信息科学及空间探测领域等具有非常重要的战略意义。极低温的获取方式一般为3he吸附制冷，3he-4he稀释制冷。然而，这两种制冷方式都依托于稀缺的3he资源，它主要来自核反应堆或核武器库存中产生的氚放射性衰变的副产物。美国和俄罗斯减少了氚储备，使得3he资源变得更为稀缺。磁制冷技术不依赖于3he资源、不受重力限制，而且具有节能高效的优点，是替代现有极低温制冷技术的理想选择。
2、磁制冷材料是磁制冷技术的基础，开发具有大磁熵变、高制冷能力、稳定可靠且易于大批量生产的巨磁热效应材料是发展磁制冷技术的关键。近年来，稀土非金属材料因其制备工艺简单、稳定可靠、可大规模生产、易成型加工、成本低廉等优点已经成为磁制冷材料领域研究的焦点之一。开发在极低温区具有巨磁热效应的稀土非金属材料体系，不仅有利于推动我国极低温应用领域的发展，而且有助于推动我国稀土资源高值化利用，提升我国稀土产业竞争力和技术水平。考虑到实际应用中，对制冷剂施加的外场越大，所需的磁体成本越高，故低场磁热效应更有应用前景。
3、cn108840364a公开了一种无机钆基配合物晶体及其制备方法，该晶体在0-5t磁场变化下的最大磁熵变约为49.0j·kg-1·k-1，是一种性能良好的磁制冷材料。然而，该晶体材料需要在带聚四氟乙烯反应釜的不锈钢高压反应容器中，于180℃温度下晶化7天得到，制备周期长、能源消耗大，不适于工业化生产。
4、cn112175587a公开了一种二水合碳酸钆及其在磁制冷领域的应用，其在2k下当磁场变化为0-5t时的最大磁熵变约为55.2j·kg-1·k-1，在商用磁场条件下的磁熵值已高于现有商业磁制冷材料。然而，该技术需要在内衬聚四氟乙烯反应釜的不锈钢高压反应容器中，在120℃恒温5h后，再干燥24h才能得到结晶性良好的晶体，该材料制备周期长且含结晶水，易失水变质，使其实际应用受限。
5、cn104559944a公开了一种含稀土氢氧化物的磁制冷材料及其制备方法，该磁制冷材料的组成为gd(oh)8/3cl1/3，其在3k附近当磁场变化为0-7t时的最大磁熵变高达60.0j·kg-1·k-1，表现出较好的低温磁热性能。然而，该材料在0-2t磁场变化下的最大磁熵变仅为14.0j·kg-1·k-1，且制备过程中需要用到大量的盐酸和氢氧化钠，这些强酸强碱的使用不可避免地会对环境造成污染，使其实际应用受限。同时，需要在200℃的温度下经过2天的水热反应才能得到产物，能源消耗大，制备周期长，不适合工业化生产。
6、因此，有必要开发在较低磁场下(≤2t)具有大磁热效应且制备工艺简单、周期短、适合工业化生产的极低温磁制冷材料。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种极低温磁制冷材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的极低温磁制冷材料在1k附近表现出大磁热效应，且制备工艺简单、周期短，适合工业化生产。该极低温磁制冷材料的应用不仅有利于我国凝聚态物理、暗物质搜索、量子信息科学及空间探测等领域的发展，而且有助于推动我国稀土资源高值化利用，提升我国稀土科技水平和产业竞争力。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种极低温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：
3、以eucl3溶液为阴极液，h2so4溶液为阳极液，中间用阴离子交换膜隔开，进行隔膜电解，电解完成后，在阴极区加入碳酸盐溶液，生成沉淀，过滤，制得所述极低温磁制冷材料。
4、优选地，所述极低温磁制冷材料的化学式为euco3，结构为正交结构，空间群为pnma，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。
5、优选地，所述碳酸盐为碳酸铵、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
6、优选地，所述eucl3溶液中eu离子的浓度为0.1～2mol/l。
7、优选地，所述h2so4溶液的浓度为0.1～0.5mol/l。
8、优选地，所述eucl3溶液中eu离子与碳酸盐溶液中碳酸根的摩尔比为1:1。
9、优选地，所述惰性气氛包括氮气或者氩气或者二者的混合。
10、本专利技术中所述隔膜电解选用的电流密度为100～1200a/m2。电解完成的判断依据为电解至铕的还原率达到95％以上。
11、本专利技术还请求保护一种所述极低温磁制冷材料的制备方法制得的极低温磁制冷材料。
12、优选地，所述极低温磁制冷材料在相变温度附近表现出磁热效应，所述极低温磁制冷材料的磁相变温度为≤1.0k。
13、优选地，所述极低温磁制冷材料在1.3k温度下，当磁场变化为0-1t时的最大磁熵变为14.6j·kg-1·k-1。
14、优选地，所述极低温磁制冷材料在1.3k温度下，当磁场变化为0-2t时的最大磁熵变为34.1j·kg-1·k-1。
15、优选地，所述极低温磁制冷材料在1.3k温度下，当磁场变化为0-5t时的最大磁熵变为53.3j·kg-1·k-1。
16、本专利技术还请求保护一种所述极低温磁制冷材料在量子计算和空间探测领域中的应用。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
18、(1)本专利技术制得的极低温磁制冷材料的相变温度≤1.0k；该材料在1.3k附近表现出大磁热效应，在0-1、0-2和0-5t磁场变化下的最大磁熵变分别为14.6、34.1和53.3j·kg-1·k-1，是一种非常具有应用潜力的极低温磁制冷材料。
19、(2)本专利技术提供的极低温磁制冷材料euco3由电解还原及沉淀法制备而成，制备工艺简单且周期较短，适于工业化生产及应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述极低温磁制冷材料的化学式为EuCO3，结构为正交结构，空间群为Pnma，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。
3.如权利要求1所述极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸铵、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
4.如权利要求1所述极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：
5.一种如权利要求1～4任一所述极低温磁制冷材料的制备方法制得的极低温磁制冷材料。
6.如权利要求5所述极低温磁制冷材料，其特征在于，所述极低温磁制冷材料在相变温度表现出磁热效应，所述极低温磁制冷材料的磁相变温度为≤1.0K。
7.如权利要求6所述极低温磁制冷材料，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：
8.一种如权利要求5～7任一所述极低温磁制冷材料在量子计算和空间探测领域中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述极低温磁制冷材料的化学式为euco3，结构为正交结构，空间群为pnma，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。
3.如权利要求1所述极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸铵、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
4.如权利要求1所述极低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下(1)～(...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈俊，张磊，莫兆军，李建，张绘，高新强，李振兴，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。