[发明专利]一种晶体材料、其制备方法及应用该晶体的磁制冷材料

说明书

本申请公开了一种晶体材料，其特征在于，所述晶体的分子式为Gd₂Cu(SO₄)₂(OH)₄，属单斜晶系，空间群P2₁/c，晶胞参数为α＝γ＝90°，β＝98.3～98.4°，Z＝2。所述晶体材料的磁热效应远大于DGG，具有很好的致冷性能。本申请还公开了所述晶体的制备方法。该制备方法简单，适合大规模工业化生产，具有广阔的市场前景。

技术领域

本申请涉及一种晶体材料及其制备方法，属于磁制冷材料领域。

背景技术

磁致冷材料因高效节能，无环境污染等优点引起了科学家们广泛的关注。磁致冷材料按照其应用的温度范围分为三大类：极低温温区(20K以下)、低温温区(20-77K)及高温温区(77K以上)。20K以下温区的材料主要用于生产He流及氦液化前级制冷，20-77K温区主要是液化氢的温区，77K以上主要是室温磁制冷。

1933年Giaugue等人以顺磁盐Gd₂(SO₄)₃·8H₂O为工质实现了1K以下的低温，此后，低温区的磁制冷尤其是对液氦、超氦的冷却得到了蓬勃的发展。低温区致冷材料的研究主要集中在Gd₃Ga₅O₁₂(简写为GGG)，Dy₃Al₅O₁₂(简写为DAG)等材料。其中，GGG材料的磁热效应为145.0(2)mJ/cm^-3·K，ΔH＝2T；Dy₃Ga₅O₁₂(简写为DGG)材料的磁热效应为121.2(2)mJ/cm^-3·K，ΔH＝7T。

由于各磁制冷材料均存在适用温区范围窄的缺点。随着技术的发展及对磁制冷材料要求的提高，开发具有大范围应用温区且制冷效果优异的单晶体，成为目前研究的热点。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种晶体材料，该晶体材料的磁热效应远大于DGG，具有很好的致冷性能，而且制备方法简单，适合大规模工业化生产，具有广阔的市场前景。

所述一种晶体材料，其特征在于，具有如下所示的分子式：

Gd₂Cu(SO₄)₂(OH)₄

所述晶体材料属单斜晶系，空间群P2₁/c，晶胞参数为α＝γ＝90°，β＝98.3～98.4°，Z＝2。

优选地，所述的晶体材料为单晶材料。

所述晶体结构中，钆、铜、硫和氧的化合价分别为+3，+2，-6和-2。钆氧多面体与铜氧四边形成了一个二维层状结构，层与层之间被硫氧四面体隔开构成一个三维网络结构，如图1所示。

根据本申请的又一方面，提供了所述晶体材料的制备方法，其特征在于，将含有铜元素、钆元素、硫酸根、硼元素和水的混合物，在不低于200℃的温度下晶化不少于3天，所得固体产物即为所述晶体材料；

所述混合物中铜元素、钆元素、硫元素、硼元素和水的摩尔比为：

Cu:Gd:S:B:H₂O＝3～6:2:3～6:1:700～1200。

优选地，混合物中所述硼元素来自硼酸。

优选地，混合物中所述铜元素和硫酸根来自硫酸铜。

优选地，混合物中所述钆元素来自氧化钆。

优选地，所述混合物中含有亚碲酸盐中的至少一种。进一步优选地，所述亚碲酸盐为亚碲酸钾和/或亚碲酸钠。