CN104167488B - 一种磁卡效应的Ni‑Mn基铁磁形状记忆合金与压电体复合材料及应用 - Google Patents
一种磁卡效应的Ni‑Mn基铁磁形状记忆合金与压电体复合材料及应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种具备电场调控磁卡效应的Ni‑Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料，由Ni‑Mn基铁磁形状记忆合金与压电体组成；压电材料为：Pb(Zr,Ti)O3(PZT)或0.7Pb(Mn1/3Nb2/3)O3‑0.3PbTiO3(PMN‑PT)；Ni‑Mn基铁磁形状记忆合金的分子式是：Ni‑Co‑Mn‑In,Ni‑Mn‑In,Ni‑Mn‑Sn,Ni‑Mn‑Co‑Sn；二种材料均是片状材料贴合成复合材料，铁磁形状记忆合金的厚度为20‑50um的快淬薄带叠合成1‑2mm或为1‑2mm的块材，压电体厚度为0.4‑0.8mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有电场调控磁卡效应特性的Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料。
技术背景
室温磁制冷技术具有环境友好，节能高效的特点，被认为最有可能取代现在空气压缩制冷技术。室温磁制冷样机工作的主要原理是：制冷剂在升（降）磁场时发生温度的变化，再通过载冷剂将制冷剂产生的热量传送到冷热端。因此制冷剂在升（降）场过程发生的温度变化大小决定了磁制冷机的工作效率。一种材料在升（降）场即外磁场变化时发生温度变化（放热或吸热）的效应被称为磁卡效应或磁热效应。目前的研究表明，具有较好室温磁卡效应的材料主要有：Gd，Gd5Si2Ge2合金，La（Fe1-xSix）13合金，MnFePAs合金（锰铁磷砷合金），锰氧化物，铁磁形状记忆合金。而在这些材料中，大部分材料含有价格昂贵的稀土元素，这不利于降低磁制冷机的成本；MnFePAS含有剧毒砷元素；锰氧化物作为氧化物的一种，其导热能力无法与金属材料相比。而铁磁形状记忆合金包含的都是廉价的3d与主族元素，且其磁场诱导的磁结构相变过程伴随巨大的磁卡效应，具有很高的应用价值。
具有应用价值的磁卡材料需要满足以下要求：（1）低场下具有大的磁卡效应；（2）无磁滞，即具有良好的回复性；（3）磁卡效应具有较大的半高宽；（4）传热性能良好。最新的研究表明Ni-Mn基铁磁形状记忆合金在磁场诱导的磁结构相变过程中伴随着巨大的磁卡效应，且作为金属，具有良好的导热性能。但其磁场驱动的磁结构相变属于一级相变，伴随较大的磁滞，回复性差，且作为一级相变磁卡效应的半高宽较窄。我们发明一种具有电场调控磁卡效应特性的Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料，可以解决办高宽窄以及回复性差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电场调控磁卡效应特性的Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料及其应用。
本发明的技术方案：一种具备电场调控磁卡效应的Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料，其特征是由Ni-Mn基铁磁形状记忆合金与压电体组成；压电材料为：Pb(Zr,Ti)O3(PZT)或0.7Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-PT)；Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的分子式是：Ni-Co-Mn-In,Ni-Mn-In,Ni-Mn-Sn,或Ni-Mn-Co-Sn；二种材料均是片状材料贴合成复合材料，铁磁形状记忆合金的厚度为20-50um的快淬薄带叠合成1-2mm或为1-2mm的块材，压电体厚度为0.4-0.8mm。
所述具备电场调控磁卡效应的Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料的应用，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料磁卡效应的应用，其特征在于
（1）通过向PZT或PMN-PT加不同的电压，电压范围：0.01-400V，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的相变温度发生了变化，变化范围：达到8K。
（2）通过加压电体不同的电压，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的磁卡效应在升温与降
温过程都发生了随温度轴的横移，横移量：2-8K，磁热效应：绝热温变为5-6.5K。
（3）通过在升降磁场过程施加不同的电压（0.01-400V），磁滞有效的减小50%以上。
（4）通过加压电体不同的电压（0.01-400V），磁卡效应的半高宽有效的增大，增大范围2-8K。
实验与理论计算表明，通过向压电体施加不同的电压，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的相变温度发生了改变，且伴随相变温度的变化磁卡效应也随温度轴发生横移。磁性的测量表明通过在升降场过程中施加不同的电压，可以减小磁滞，降低不可逆性。
本发明的有益效果：Ni-Mn基铁磁形状记忆合金具有较大的磁卡效应，绝热温变5-6.5K；通过向压电体施加电压可以调节磁卡效应最大值出现的温度；通过向压电体施加不同电压，原先较窄的办高宽可以扩大；通过在升降场时施加不同的电压可以降低磁滞，提高回复性。
附图说明
图1通过加不同的电压，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的相变温度发生了变化.
图2（a）（b）分别为升温和降温过程的磁卡效应，通过加不同的电压，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的磁卡效应在升温与降温过程都发生了随温度轴的横移。
图3通过在升降场过程加不同的电压，磁滞可以有效的减小。
图4通过加不同的电压，磁卡效应的半高宽有效的增大。
具体实施方案
通过向压电体施加电压，压电体产生的应力作用在Ni-Mn基铁磁形状记忆合金上，该应力影响到其相变过程，从而改变相变温度以及磁卡效应。实验与理论计算表明，通过向压电体施加不同的电压，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的相变温度发生了改变，且伴随相变温度的变化磁卡效应也随温度轴发生横移。磁性的测量表明通过在升降场过程中施加不同的电压，可以减小磁滞，降低不可逆性。
复合材料为PMN/Ni-Co-Mn-In,采用Ni-Mn-In,Ni-Mn-Sn或Ni-Mn-Co-Sn无本质区别，二种材料均是片状材料贴合，其中Ni-Mn-In,铁磁形状记忆合金的厚度为30微米的快淬薄带叠合或为1mm，压电体厚度为0.5或0.8mm。图1是上述样品通过加不同的电压，铁磁形状记忆合金的相变温度发生了变化。图4通过加不同的电压，磁卡效应的半高宽有效的增大。V1、V2、V3、V4分别为20、40、70、100V。
1)通过向压电体施加电压，可以调节相变温度，同时调节最大磁卡效应值出现的温度。
2)通过在升降场过程施加不同电压，可以减少甚至消除磁滞，提到不可逆性。
3)追踪磁制冷机运行时内部温度场变化，在励磁去磁过程中通过改变压电体上的施加电压，使磁制冷工质工作在其制冷最佳温区，以增大磁制冷机工作效率。
Claims (1)
1.一种具备电场调控磁卡效应的Ni-Mn基铁磁形状记忆合金/压电体复合材料的应用，其特征是由Ni-Mn基铁磁形状记忆合金与压电体组成；压电材料为：Pb(Zr,Ti)O3即PZT或0.7Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3即PMN-PT ；Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的分子式是：Ni-Co-Mn-In, Ni-Mn-In, Ni-Mn-Sn, Ni-Mn-Co-Sn；二种材料均是片状材料贴合成复合材料，铁磁形状记忆合金的厚度为20-50um的快淬薄带叠合成1-2 mm，压电体厚度为0.4-0.8mm； 通过向PZT或PMN-PT加不同的电压，电压范围：0.01-400V，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的相变温度发生了变化，变化范围达到8 K；通过向压电体加不同的电压，Ni-Mn基铁磁形状记忆合金的磁卡效应在升温与降温过程都发生了随温度轴的横移，横移量：2-8 K，磁热效应：绝热温变为5-6.5 K。
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