[发明专利]温度梯度化磁热材料及其制备方法

说明书

本发明属于磁制冷领域，具体涉及一种温度梯度化磁热材料及其制备方法。包括Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金薄膜层以及Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金薄膜层；所述的Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金薄膜层的相变温度为295‑305K；所述的Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金薄膜层的相变温度为301‑310K；所述的Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金薄膜层与Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金薄膜层的厚度比为1:3‑3:1。本发明通过对磁热材料进行梯度化设计和制备，有利于拓展现有磁热材料的工作温区，提高材料的磁热效应，并建立梯度磁热材料的设计原则和调控机制，推动梯度磁热材料向应用方面发展。

技术领域

本发明属于磁制冷领域，具体涉及一种温度梯度化磁热材料及其制备方法。

背景技术

近年来，环境保护与能源的高效利用受到人们越来越多的重视。基于材料的磁热效应发展而来的磁制冷技术是目前受到国内外广泛关注的一项有重要应用前景的技术。与传统的气体压缩制冷技术相比，磁制冷技术具有绿色环保、高效节能、稳定可靠等诸多优势，被广泛应用于生产和生活的各个领域。磁制冷材料主要包括具有低温相变的二元稀土基金属间化合物(RGa,RNi,RZn,RSi,R₃Co以及R₁₂Co₇)、稀土-过渡金属-主族金属三元化合物(RTSi,RTAl,RT₂Si₂,RCo₂B₂,RCo₃B₂)以及四元化合物RT₂B₂C等，其中R为稀土元素，T为过渡金属元素。这些材料一般都具有二级相变，具有良好的热、磁可逆性和导热性，但材料的磁热性能较小，且相变行为发生在低温区，不利于磁制冷技术的广泛应用。室温区磁制冷材料主要包括Gd-Si-Ge，La-Fe-Si，MnAs基化合物，Mn基哈斯勒(Hus ler)合金，Mn基反钙钛矿合金，Mn-Co-Ge，Fe-Rh合金以及钙钛矿氧化物等系列。这些材料一般都具有一级相变，因多数在室温附近具有大的磁热效应而受到国内外学者的广泛关注。然而，一级相变巨磁热效应材料的共同特点是相变过程剧烈，相变跨越温区很小，且具有强烈的磁晶耦合特性，多数表现出大的滞后损耗特性，大大降低了循环制冷效率。因此，探索扩大材料工作温度区间的有效方法，找到降低滞后损耗的调控手段，并保持材料具有较大的磁热效应，从而使此类材料获得较大温度范围内的高的磁制冷效率是目前亟待解决的关键问题，该问题的解决对于进一步推动磁制冷技术的应用具有重要的现实意义。

目前，国内外对于锰基磁热合金的设计、制备等已经有大量的研究工作，其中主要的技术手段有三种：改变合金的化学元素组成，利用过渡族元素代替和掺杂间隙原子。虽然这些工作在近室温附近已经获得了巨磁热效应，但其中一级磁相变导致的工作温度过窄和较大的热滞仍没有解决。例如，Ni_51.5Mn_22.5Ga_25.8合金相变所对应的磁制冷工作温区在194-198K之间，Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃合金的工作温区位于295-305K，Ni₅₀Mn₃₅In₁₅合金的工作温区位于301-310K之间，且热滞通常都在10K以上。可以看出，Mn基磁热材料的最佳工作温区普遍较窄，温度跨度通常不超过10K，即使是普通的家用冰箱，其工作温区也在30K之间，因此，现阶段Mn基磁制冷材料根本无法满足我们生产生活中对制冷效果的需求，而在实际应用中，复杂的使用环境更难以保证材料的高磁制冷性能和效率

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度梯度化磁热材料及其制备方法。