【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氦三温区磁制冷。更具体地，涉及稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用。
技术介绍
1、在1917年，由weiss和picard最初发现磁热效应后，磁制冷就逐渐发展为一种有前景的制冷方式。磁制冷的应用场景主要包括室温和低温。和室温磁制冷主要依靠于具有剧烈一级相变的铁磁材料不同，低温磁制冷只需要磁制冷材料在低温下尽可能保持顺磁性，因此具有更广泛的工质来源。同时由于超导物理、医学成像、气体液化等技术的飞速发展，稳定低温环境的实现越来越被人们所需求。低温磁制冷由于高的热力学效率以及不依赖于重力作用的优势，已被认为是各种冷却技术的有力替代方案。
2、目前，在氦三温区的应用场景已经越来越多，这要求磁制冷材料需要在相应的温区具有大的磁热效应。根据热力学第三定律，当温度趋近0k时，物质的比热也趋近于0。在空间探测等领域，常采用量热型传感器对各波段电磁波进行测量。这些探测器由“像素”构成，每个像素为一个具有一定热容的量热器。当能量入射时，像素的热容越小，升温越显著，探测器的分辨率就越高。因此，要保持高分辨率的空间探测图像，需要将温度稳定在1k以下。此外，在一些极端物理效应的研究上，例如玻色-爱因斯坦凝聚的验证、宇称不守恒定律的验证、反常量子霍尔效应的实现等等，也都需要构建低于1k的极低温场景。然而，目前主流磁制冷材料的研究主要集中在2k以上，较少涉及到氦三温区，因此急需拓展可应用于氦三温区的磁制冷材料，以匹配上述高端领域。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的
2、为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、本专利技术公开稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用，所述稀土水合盐的化学通式为r2mn3(no3)12·24h2o，其中为r为ce、pr或nd中的一种。
4、在本专利技术中，将所述稀土水合盐作为磁制冷材料用于0.4-1.6k的环境温度中进行磁制冷过程，以ce2mn3(no3)12·24h2o为例，发现当环境磁场强度从0t增加到1t时，其等温磁熵变最大值为23.5j kg-1k-1，当环境磁场强度0t增加到2t时，其等温磁熵变最大值为34.0jkg-1k-1，说明该稀土水合盐在极低温、低磁场下具有大的磁热效应，在磁熵变性能上远超其他商用的水合盐磁制冷材料，可满足氦三温区磁制冷的应用要求，这对于推动氦三温区磁制冷技术的发展具有重大意义。
5、进一步，所述氦三温区的温度区间为0.4-1.6k。
6、进一步，所述稀土水合盐按照如下步骤制备得到：
7、称取r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·nh2o，加入一定量的去离子水混合均匀，滴加稀硝酸，调至ph为1.5-2.5，得到混合液，然后在加热的条件下将混合液超声震荡1-2h，冷却后采用蒸发结晶法，得到目标单晶。
8、进一步，所述r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·nh2o的摩尔比为2:3。
9、进一步，所述r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·nh2o的总质量与去离子水的质量比为1:2-3；优选为1:2.5。
10、进一步，所述加热的温度为50-60℃；示例性地，所述加热的温度可以为50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃等等，优选为55℃。
11、进一步，所述ph值为2，即混合液的ph值为2。
12、进一步，所述蒸发结晶法的时间为60-84h。
13、进一步，所述r(no3)3·nh2o选自ce(no3)3·6h2o、pr(no3)3·6h2o和nd(no3)3·6h2o中的一种。
14、进一步，所述稀土水合盐的化学式为ce2mn3(no3)12·24h2o，其空间群为晶格参数为α＝β＝90°，γ＝120。
15、本专利技术的有益效果如下：
16、在本专利技术中，将所述稀土水合盐作为磁制冷材料用于0.4-1.6k的环境温度中进行磁制冷过程，以ce2mn3(no3)12·24h2o为例，发现当环境磁场强度从0t增加到1t时，其等温磁熵变最大值为23.5j kg-1k-1，当环境磁场强度0t增加到2t时，其等温磁熵变最大值为34.0jkg-1k-1，说明该稀土水合盐在极低温、低磁场下具有大的磁热效应，磁熵变性能上，远超其他商用的水合盐磁制冷材料，已满足氦三温区磁制冷的应用要求，这对于推动氦三温区磁制冷技术的发展与其商业化具有重大意义。
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1.稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用，其特征在于，所述稀土水合盐的化学通式为R2Mn3(NO3)12·24H2O，其中为R为Ce、Pr或Nd中的一种。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氦三温区的温度区间为0.4-1.6K。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述稀土水合盐的化学式为Ce2Mn3(NO3)12·24H2O，其在0.4-1.6K、0-2T时，最大磁熵变为34.0J kg-1K-1。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述稀土水合盐按照如下步骤制备得到：
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述R(NO3)3·nH2O和Mn(NO3)2·nH2O的摩尔比为2:3。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述R(NO3)3·nH2O和Mn(NO3)2·nH2O的总质量与去离子水的质量比为1:2-3；优选为1:2.5。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述加热的温度为50-60℃；优选为55℃。
8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所
9.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述蒸发结晶法的时间为60-84h。
10.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述R(NO3)3·nH2O选自Ce(NO3)3·6H2O、Pr(NO3)3·6H2O和Nd(NO3)3·6H2O中的一种。
...【技术特征摘要】
1.稀土水合盐在氦三温区磁制冷中的应用，其特征在于，所述稀土水合盐的化学通式为r2mn3(no3)12·24h2o，其中为r为ce、pr或nd中的一种。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氦三温区的温度区间为0.4-1.6k。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述稀土水合盐的化学式为ce2mn3(no3)12·24h2o，其在0.4-1.6k、0-2t时，最大磁熵变为34.0j kg-1k-1。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述稀土水合盐按照如下步骤制备得到：
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述r(no3)3·nh2o和mn(no3)2·n...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂衡，陈祖华，沈俊，李振兴，张国春，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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