[发明专利]一种超顺磁稀土金属间化合物纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种具有超顺磁特征的稀土金属间化合物DyNi5，GdNi5，GdH2纳米颗粒及其制备方法，以及作为低温磁制冷材料方面的应用。

背景技术

接近决对零度（0K）附件的低温环境对于研究各种材料本身的基本物理性质，实现各种超导环境，以及玻色-爱因斯坦凝聚环境都具有非常重要的物理意义。磁制冷技术是实现这种接近决对零度（0K）附近低温环境的一种重要的制冷技术。磁致冷技术主要是利用顺磁材料在磁场变化下具有不同磁熵变，进而利用这种磁熵变的变化达到顺磁材料本身与环境间的换热，实现低温磁制冷的目的。近年来，为了提高制冷效率，需制备更多具有超顺磁的纳米材料作为磁制冷工质材料，因此，制备具有高磁熵变的纳米材料成为低温磁致冷材料研究日益迫切的要求。

早期的磁致冷材料研究包括许多材料，简介如下：

专利200610046215.2公开了一种用等离子体制备RAl2（R=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er）金属纳米材料的方法，该方法利用等离子体电弧法制备Al2O3包裹RAl2金属间化合物的纳米颗粒。

专利201110446792.1公开了利用球磨+烧结+高温退火技术制备了Mn(2-x)Fe(x)P(1-y)Ge(y)，（x的范围为：0.8～0.9，y的范围为：0.2～0.25）的材料，其优点是：所制备的磁制冷材料，高温退火，使材料的晶粒得到长大，改善了材料的磁热效应，磁熵变增大，可应用于磁制冷技术中。

专利201110397642.6利用球磨+烧结技术制备了Mn(2-x)Fe(x)P(1-y)Ge(y)B(z)（x的范围为：0.8～0.9，y的范围为：0.2～0.27，z的范围为：0.01～0.02）的材料，其优点是：所制备的磁制冷材料，通过添加B元素，形成间隙原子存在于Fe2P结晶结构相中，稳定了相结构，改善了材料的磁热效应，其工作温度得以提高，磁熵变增大，可应用于磁制冷技术中。

专利201210169642.5利用合金铸锭在氩气保护下进行熔体快淬，甩带技术制备Gd基非晶磁制冷材料。所制备的磁制冷材料既能制备成非晶又能制备成化合物；该产品在磁化过程中表现出二级相变且磁热效应大；制备工艺简单、成本低廉、适于工业化生产。

专利201010536650.X利用熔炼与真空退火处理技术制备了M1M2In（M1为Gd、Tb、Dy、Ho和Er中的任意一种，或Ho与Gd、Tb、Dy和Er中任意一种的组合）的材料，其特征在于：该发明提供的磁制冷材料磁熵变高、制冷能力强、具有良好的磁、热可逆性质。

上述材料均为室温附近磁制冷材料，且均以金属块体形式存在。因此急需一种可以在5K附近，实现5K附近低温制冷的磁制冷材料，而且材料在纳米尺寸范围，便于材料在制冷过程中快速散热，达到很好的制冷效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型超顺磁金属间化合物纳米颗粒，该种纳米颗粒分别为GdNi5、DyNi5、GdH2纳米颗粒，具有超顺磁特征，其中GdNi5，DyNi5纳米颗粒具有典型的壳核结构：GdNi5纳米颗粒由Gd2O3外壳与GdNi5内核组成，DyNi5纳米颗粒由Dy2O3外壳与DyNi5内核组成。GdH2纳米颗粒为尺寸为纳米级的单相GdH2的颗粒。以上三种纳米颗粒在5K温区范围内具有很高的磁熵变，使其成为一种新型的低温磁制冷纳米材料，且该纳米材料可以在空气中稳定存在并直接使用。

本发明具体提供了一种稀土金属间化合物纳米颗粒，其特征在于：所述纳米颗粒是尺寸大小为纳米级球形的DyNi5、GdNi5或GdH2颗粒。

本发明所述稀土金属间化合物纳米颗粒，其特征在于：

GdNi5和DyNi5纳米颗粒具有典型的壳核结构，内核分别为DyNi5与GdNi5，外壳分别为Dy2O3与Gd2O3，GdH2纳米颗粒无壳核结构，上述三种纳米颗粒粒径分布为10-150nm。

本发明所述稀土金属间化合物纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述稀土金属间化合物纳米颗粒是利用等离子体电弧放电技术，在工作气体下原位制备得到的；

其中：采用纯金属钨电极为阴极，Gd-Ni与Dy-Ni合金为阳极靶材，阴极与阳极靶材之间保持2-30mm的距离；电弧放电的电流为15～400A，电压为10～60V；所述工作气体为氩气和氢气。

本发明所述稀土金属间化合物纳米颗粒的制备方法，其特征在于：氩气的分压为0.01-0.8MPa，氢气的分压为0.01-0.5MPa。