本發明專利技術提供一種用于磁制冷的稀土-鈷-硅材料及其制備方法和用途，該稀土-鈷-硅材料為以下通式的化合物：(Ho1-xErx)CoSi，其中x的范圍為0≤x≤1。本發明專利技術的稀土-鈷-硅材料，特別是ErCoSi和HoCoSi的相變溫度分別為5.5K和15K，而磁熵變在各自相變溫度附近均高于25J/(kg?K)(磁場變化為0-5T)，0-2T時的最大磁熵變超過17J/(kg?K)，并具有較大磁制冷能力和良好的熱、磁可逆性，是非常理想的低溫區磁制冷材料。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于低溫磁制冷的稀土 -鈷-硅材料及其制備方法和用途。
技術介紹
目前普遍采用氣體壓縮制冷技術實現制冷，但傳統氣體壓縮制冷技術也存在能耗大、制冷過程中排放的有害氣體破壞大氣臭氧層或引起溫室效應等問題。所以，探索既節能又環保的新型制冷技術具有十分重要的意義。與氣體壓縮制冷技術相比，磁制冷技術具有高效節能、綠色環保、運行穩定等顯著優點，是一種理想的節能環保制冷技術。磁制冷技術的原理是借助于磁性材料的磁熱效應， 即在等溫條件下，當磁場強度增加(磁化)時磁制冷材料的磁矩趨于有序排列，磁熵降低，向外界排熱；當磁化強度減弱(退磁)時磁矩趨于無序排列，磁熵增加，磁制冷工質從外界吸熱，從而達到制冷的目的。實現磁制冷的關鍵是要獲得性能優異的磁制冷材料，表征磁制冷材料磁熱性能的主要參數是磁熵變(AS)、絕熱溫度變化(ATad)和制冷能力(RC，指在一個制冷循環中可傳遞的熱量)，材料的△ S和RC越大，制冷效率也就越高。磁制冷材料的磁熵變和制冷能力一般在相變溫度附近出現最大值，調控相變溫度可以得到在不同溫區使用的磁制冷材料。由于低溫磁制冷技術是氦氣、氫氣液化的一種重要手段，因而受到國內外研究機構及產業部門的極大關注。找到相變溫度在低溫區的高性能磁制冷材料已成為獲得實用性氦氣、氫氣液化技術的關鍵。材料的相變溫度越低，Λ S和RC越大，就越能容易實現液氦及以下溫度的制冷。利用永磁體Nd-Fe-B可輕松獲得I 2Τ的磁場，故在O-1T和0-2Τ磁場變化下的材料的磁熵變倍受關注。到目前為止，已發現了不少低溫磁制冷材料，主要包括稀土 NcUEr或 Tm 等和 RNi5 (R = Dy, Er) >ErNi2^RNiAl (R = Er, Ho)及 HoCoAl 等稀土金屬間化合物,但這些材料能適合用作低溫磁制冷工質的還較少。對在深冷溫區研究發現的磁制冷材料就更少，尤其是還沒有獲得相變溫度在5Κ左右又具有大磁熱效應的磁制冷材料，使其商業應用受到一定限制。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有磁相變溫度低、可逆磁熵變大、誘導磁場小的稀土-鈷-硅磁制冷材料，本專利技術的另一個目的在于提供所述用于磁制冷的稀土 -鈷-硅材料的制備方法，本專利技術的再一個目的在于提供所述用于磁制冷的稀土 -鈷-硅材料的用途。為實現上述目的，本專利技術提供一種用于磁制冷的稀土 -鈷-硅材料，該材料為具有以下通式的化合物:(HcvxErx)CoSi,其中χ的范圍為O < χ彡I。進一步,所述材料均具有正交TiNiSi型晶體結構。一種上述用于制備稀土 -鈷-硅磁制冷材料的制備方法，包括以下步驟:I)稱取原料Ho或(和)Er、Co和Si并混合；2)將配置好的原料放入電弧爐或感應加熱爐中，抽真空，用氬氣清洗，之后在氬氣保護下熔煉；3)將熔煉好的物料真空退火處理，之后取出快速冷卻。進一步，所述原料Ho或(和)Er、CdPSi的物質的量之比為化學式(HcvxErx)CoSi中的原子比，其中X的范圍為O彡X彡I。進一步,所述Ho或(和)Er按I 5%的原子比過量添加，更優選地,Ho或(和)Er按2 %的原子比過量添加。進一步，所述步驟2)中，所述抽真空達到的壓力為3 X IO-3Pa或小于3 X 10 ,優選為2X10_3 3X10_3Pa ;所述熔煉的溫度為1200°C以上，優選為1200 1500°C ;所述熔煉的時間為0.5 10分鐘，優選為2 3分鐘。進一步，所述步驟3)中，所述真空退火的溫度為700 900°C ;所述真空退火的時間為I小時 30天，優選為7 10天。進一步，所述步驟3)中，所述冷卻的方法為淬入液氮或水中。在上述技術方案中，當原料經步驟2)熔煉后，材料已具有正交TiNiSi型晶體結構的單相化合物，所述步驟3)可以省略。一種如上述的稀土 -鈷-硅材料的用途，將其用作制冷材料。與現有技術相比，本專利技術的優點在于:1.ErCoSi和HoCoSi在各自相變溫度附近的最大磁熵變分別高達25.0和26.7J/(kg K)(磁場變化為0-5T)，在0-2T磁場變化下的最大磁熵變分別達到17.8和17.5J/ (kgK)，在O-1T磁場變化下的最大磁熵變也分別達到14.6和11.5J/ (kg K)。也就是說，在較低的磁場下就可以誘導出大的磁熵變。2.ErCoSi和HoCoSi在0-5T磁場下的最大制冷能力分別高達373.5和477J/kg。3.具有良好的磁、熱可逆性。附圖說明以下，結合附圖來詳細說明本專利技術的實施例，其中:圖1為根據本專利技術的實施例1的ErCoSi的室溫X射線衍射譜線；圖2為根據本專利技術的實施例1的ErCoSi在低磁場下的零場降溫和帶場降溫的熱磁曲線；圖3為根據本專利技術的實施例1的ErCoSi在不同溫度下的等溫磁化曲線；圖4為根據本專利技術的實施例1的ErCoSi的Arrott曲線；圖5為根據本專利技術的實施例1的ErCoSi的磁熵變與溫度關系曲線；圖6為根據本專利技術的實施例1的ErCoSi的最大磁熵變與磁場的關系曲線；圖7為根據本專利技術的實施例2的HoCoSi的室溫X射線衍射譜線；圖8為根據本專利技術的實施例2的HoCoSi在低磁場下的零場降溫和帶場降溫的熱磁曲線；圖9為根據本專利技術的實施例2的HoCoSi在不同溫度下的等溫磁化曲線；圖10為根據本專利技術的實施例2的HoCoSi在幾個典型溫度下的等溫磁化和退磁曲線.-^4 ，圖11為根據本專利技術的實施例2的HoCoSi的磁熵變與溫度關系曲線；圖12為根據本專利技術的實施例2的HoCoSi 的最大磁熵變與磁場的關系曲線。具體實施例方式下面，參考附圖，對本專利技術進行更全面的說明，附圖中示出了本專利技術的示例性實施例。然而，本專利技術可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本專利技術全面和完整，并將本專利技術的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。[實施例1]根據本專利技術的第一個實施例，提供一種制備正交晶體結構ErCoSi的方法，包括以下步驟:步驟I):按ErCoSi化學式(即原子比)稱料，將純度為99.9%的市售的稀土金屬Er與Co、Si原料混合，其中Er過量添加2% (原子百分比)；步驟2):將步驟I)配置好的原料放入電弧爐中抽真空，當真空度達3X 10_3Pa時，用純度為99.999%的高純氬氣清洗2次后，在I大氣壓的高純氬氣保護下反復翻轉熔煉3 5次，熔煉溫度介于1200 1500°C之間，熔煉后隨爐冷卻至室溫；步驟3):在銅坩堝中冷卻獲得鑄態合金，將鑄態合金用鑰箔包好，密封在真空度為5X 10_3Pa的石英管內，在800°C退火處理10天，取出快速淬入液氮中，獲得產物。利用X射線衍射儀測定所得產物的室溫X射線衍射譜線，如圖1所示。結果表明產物為TiNiSi型正交晶體結構的ErCoSi 單相化合物，其空間群為Pnma。在磁性測量系統(SQUID)上測定的本實施例的ErCoSi在磁場強度μ QH = 0.0lT下的零場降溫(ZFC)和帶場降溫(FC)熱磁(M-T)曲線，如圖2所示。從零場降溫M-T曲線上可確定TiNiSi型正交晶體結構的ErCoSi的相變溫度Tt為5.5K ;另外，在溫度高于Tt以上ZFC和FC曲線很好地重合，表明材料具有良好的熱可逆性。在SQUID系本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于磁制冷的稀土?鈷?硅材料，其特征在于，該材料為具有以下通式的化合物：(Ho1?xErx)CoSi，其中x的范圍為0≤x≤1。
【技術特征摘要】
1.一種用于磁制冷的稀土 -鈷-硅材料，其特征在于，該材料為具有以下通式的化合物:(HcvxErx)CoSi，其中x的范圍為O彡x彡I。2.按權利要求1所述的用于磁制冷的稀土-鈷-硅材料，其特征在于，所述材料具有正交TiNiSi型晶體結構。3.一種如權利要求1所述的用于制備稀土 -鈷-硅磁制冷材料的制備方法， 其特征在于，其包括以下步驟: 1)稱取原料Ho或(和)Er、Co和Si并混合； 2)將配置好的原料放入電弧爐或感應加熱爐中，抽真空，用氬氣清洗，之后在氬氣保護下熔煉； 3)將熔煉好的物料真空退火處理，之后取出快速冷卻。4.按權利要求3所述的的制備方法，其特征在于，所述原料Ho或(和)Er、CdPSi的物質的量之比為化學式(HcvxErx)CoSi中的原子比，其中x的范圍為O < x彡I。5.按權利要求4所述的的制備方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：許志一，沈保根，張虎，沈俊，孫繼榮，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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