【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁制冷材料领域，尤其涉及一种高性能磁制冷材料及其制备方法和在制备液氢温区磁制冷材料领域中的应用。
技术介绍
1、基于磁热效应的新型固态制冷技术由于其结构紧促，节能环保，稳定高效等优点而得到越来越多的关注。磁制冷技术是依靠磁性材料固有的磁热效应来进行制冷的。磁热效应是指磁性材料在变化的磁场下磁有序的发生变化而产生与外界热量交换的一种物理现象。磁制冷技术在航空航天，工业生产，生物医疗等领域具有广泛的应用前景。而磁制冷技术同样在氢气液化等领域具有重要的应用价值。氢气是高能量密度的清洁能源，符合当前节能减排，绿色环保的技术目标而得到广泛的关注。
2、当前氢气的液化和储存主要应用高压容器保存，高压容器在氢气液化过程中需要消耗大量的电力，并且储存运输过程中也需要消耗大量的电力来维持氢气的液态。此外，高压容器的储存方式不利于大规模运输。采用磁制冷技术用于氢气液化可以避免过多的电力消耗，具有安全稳定，制冷效率高，适合大规模运输的优点。
3、j.appl.phys.109(2011)123926报了rniin(r＝gd-er)系列稀土基化合物。其中dyniin化合物磁基态为铁磁态，居里温度为30k，在0-2t的变化磁场下，最大磁熵变为5.5j·kg-1·k-1。honiin化合物在20k发生铁磁到顺磁磁相变，相较于dyniin化合物在0-2t的变化磁场下磁熵变明显提高，相应的最大磁熵变值为12.7j·kg-1·k-1。j.magn.magn.mater.576(2023)170770报道了一种非晶薄带稀土基材
4、尽管目前已见报道的用于氢气液化的潜在磁制冷材料很多，但是它们在低磁场下的磁熵变较小，无法满足磁制冷机实际应用的要求。因此，开发在低磁场变化下具有大磁熵变的液氢温区磁制冷材料十分必要。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种高性能磁制冷材料及其制备方法和在制备液氢温区磁制冷材料领域中的应用，以提供在地磁场条件下有较大磁熵变的液氢温区磁制冷材料。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术目的之一提供了一种高性能磁制冷材料，所述磁制冷材料的化学通式为：ercu2-xnix(x＝0.25-0.5)。
3、通过采用上述方案，本申请创造性地以铒、铜和镍为原料，制备得到一种在低磁场下具有大磁热效应的稀土基金属化合物，磁热效应比ercu2化合物至少提高约250％，是目前相变温度在氢气液化点附近磁制冷材料中的较大值，在液氢温区磁制冷
具有很好的应用前景。
4、作为优选方案，所述磁制冷材料的磁相变温度为12-24k。
5、作为优选方案，所述磁制冷材料在0-1t磁场变化下的最大磁熵变≤10.1j·kg-1·k-1，在0-2t磁场变化下的最大磁熵变≤16.0j·kg-1·k-1。
6、作为优选方案，所述磁制冷材料由单一的ercu2相组成，属正交晶系，空间群为imma，α＝β＝γ＝90°。
7、作为优选方案，所述磁制冷材料的化学通式为：ercu1.5ni0.5或ercu1.75ni0.25。
8、为了解决上述技术问题，本专利技术目的之二提供了一种高性能磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：
9、1)称取相应量的金属er、cu和ni于坩埚中，置于高真空电弧炉或感应炉中，洗气排尽氧气后充入氩气至压强达到0.5pa；
10、2)对样品进行熔炼；
11、3)熔炼完成后将样品用钽片完全包裹，并密封在石英管中，样品在700-800℃条件下保温7-15d；
12、4)采用液氮淬火得到稀土基金属化合物。
13、通过采用上述方案，本申请稀土基金属化合物制备过程中无需用到酸或碱等对环境存在严重污染的物质，绿色环保优势显著，并且主要成分包含铜和镍两种价格低廉的元素，制备成本低；制备采用电弧熔炼法，制备工艺简单，且制备周期较短，能源消耗较低，适合大规模工业化生产。
14、作为优选方案，在步骤(1)中，er、cu和ni的物质的量之比为(1.01-1.05):(1.75-1.5):(0.25-0.5)。
15、作为优选方案，在步骤(2)中，熔炼前将cu和ni放在底部，将er覆盖在cu和ni的上方。
16、作为优选方案，熔炼电流为40a-120a。
17、作为优选方案，所述坩埚的材质为铜。
18、作为优选方案，在步骤(3)中，保温过程在惰性气体条件下进行。
19、作为优选方案，在步骤(3)中，保温过程在马弗炉或真空炉中进行。
20、作为优选方案，在步骤(3)中，所述惰性气体为氩气和/或氮气。
21、作为优选方案，在步骤(2)中，对样品进行熔炼，熔炼完成一次后需要将铸锭翻转以确保均匀，重复此过程三到四次。
22、为了解决上述技术问题，本专利技术目的之三提供了一种高性能磁制冷材料在制备液氢温区磁制冷材料领域中的应用。
23、相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：
24、本专利技术创造性地以铒、铜和镍作为原料，经电弧熔炼得到一种新型的稀土基金属化合物材料，该材料在低温下具有优越的磁热性能，磁热效应比ercu2化合物至少提高约350％，是目前相变温度在氢气液化点附近磁制冷材料中的较大值，在液氢温区磁制冷
具有很好的应用前景，制备工艺简单、绿色环保且节能高效，该材料的应用不仅有利于我国低温物理、太空探测、航空航天等技术的发展，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。
【技术保护点】
1.一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料的化学通式为：ErCu2-xNix(x＝0.25-0.5)。
2.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料的磁相变温度为12-24K。
3.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料在0-1T磁场变化下的最大磁熵变≤10.1J/kg·K-1，在0-2T磁场变化下的最大磁熵变≤16.0J/kg·K-1。
4.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料由单一的ErCu2相组成，属正交晶系，空间群为Imma，α＝β＝γ＝90°。
5.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料的化学通式为：ErCu1.5Ni0.5或ErCu1.75Ni0.25。
6.一种如权利要求1-5任一所述的高性能磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的一种高性能磁制冷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，Er、Cu和Ni的物质的量之比为(1.01-1.05)
8.如权利要求6所述的一种高性能磁制冷材料的制备方法，其特征在于，满足以下a)-e)中的至少一种：
9.如权利要求8所述的一种高性能磁制冷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述惰性气体为氩气和/或氮气。
10.一种如权利要求1-5任一所述的高性能磁制冷材料在制备液氢温区磁制冷材料领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料的化学通式为：ercu2-xnix(x＝0.25-0.5)。
2.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料的磁相变温度为12-24k。
3.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料在0-1t磁场变化下的最大磁熵变≤10.1j/kg·k-1，在0-2t磁场变化下的最大磁熵变≤16.0j/kg·k-1。
4.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料由单一的ercu2相组成，属正交晶系，空间群为imma，α＝β＝γ＝90°。
5.如权利要求1所述的一种高性能磁制冷材料，其特征在于，所述磁制冷材料的化学通式为：erc...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈俊，田路，莫兆军，李振兴，高新强，谢慧财，
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：
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