CN1851493A - 一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法。将NaOH溶液缓慢滴入到由FeCl₂、FeCl₃和十二烷基苯磺酸钠组成的溶液中，并进行搅拌后稀释，得到Fe₃O₄磁流体；待观测的样品在CrO₃和85％磷酸混合的电解液中电解抛光；然后将Fe₃O₄磁流体滴在置于电磁铁上的样品表面，盖上盖玻片。待粉末干燥后，就可用显微镜观测到磁畴结构。本发明方法成本低，简单方便，易于推广应用。

Description

一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法

技术领域

本发明涉及一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法，属磁性材料技术领域。

背景技术

室温磁制冷材料具有无污染、效率高、耗能少等诸多优点，是国内外磁性材料研究的热点之一。室温磁制冷材料的磁热效应与它的磁畴结构有很大关系，因此在研究中需要经常观测室温磁制冷材料的磁畴结构。

目前观测磁性材料磁畴结构的方法有：粉纹法，磁光效应，电子显微镜方法，磁力显微镜，X射线形貌学，电子全息术等。粉纹法是利用配制的磁性液体来观测样品的磁畴结构，但这种磁性液体的成纹法、磁稳定性和重现性不好。磁光效应是利用平面偏振光透过磁性材料或由材料表面反射后，偏振面要发生旋转的原理来显示磁畴结构的，该方法的优点是不受材料性能的限制，能在高、低温下观测磁踌结构，但该方法的实验装置和样品的制备较复杂。电子显微镜方法是利用电子射线通过样品时受到洛仑兹力的作用(此力与样品内的磁场分布有关)而形成图像，具体方法有反射、透射、扫描等，这些方法的优点是分辨率高，也可在不同温度和外磁场下进行观察，但是电子显微镜的设备和操作技术都比较复杂，从而限制了它的广泛使用。磁力显微镜方法成本高、制样困难，不适合大量观测，并且它在观测结果方面也有一些缺点，存在的主要问题是磁针尖和样品的匹配问题，因为磁针尖和磁性样品的磁相互作用是磁力图测量的基础，而进行磁力显微镜测量最重要的原则是磁针尖在样品上方扫描时不应该干扰或改变样品表面的磁畴结构，同样样品表面的杂散磁场也不应该使磁针尖的磁状态发生变化，只有使磁针尖和样品匹配起来，尽可能减少磁针尖和样品的相互影响，才能测得真实、准确的磁力图。X射线形貌学是利用晶体中的应变使X射线的衍射角发生改变的原理来观测样品内部的磁畴结构，同时也能够观察位错和晶体的其他缺陷，以及晶体缺陷与畴结构的相互关系。电子全息术是一个两步成象过程：第一步是记录，是在电子显微镜中进行的，即用电子束照明样品，被样品衍射的电子束和参考束发生干涉，记录在底片上；第二步是重现，通常是用相干的可见光照明全息图，获得原始物波的光学重现波前，然后提取振幅和相位信息，可以看到，用电子全息术观测磁畴结构也较复杂。

所以现在迫切需要一种成本低、简单实用的观测磁畴结构的方法。为此，在粉纹法的基础上，用化学共沉淀法制备一种改进的Fe₃O₄磁流体来观测磁制冷材料的磁畴结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法，尤其是提供一种成本低、操作简单的观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实施的。

一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法，该方法的特征在于具有以下操作步骤：

a.将0.3～0.6g FeCl₂·4H₂O和0.8～1.3g FeCl₃·6H₂O加入到质量浓度为2～5％的十二烷基苯磺酸钠溶液中，搅拌均匀，配成50～80ml溶液。然后将10～15ml质量浓度为10％的NaOH溶液缓慢滴入到上述溶液中，并在30～40℃下进行机械搅拌和超声波搅拌，加适量的蒸馏水稀释，即得水基Fe₃O₄磁流体；

b.将待观测的样品经磨光、机械抛光后作为正极，用一块比样品大的铜片作为负极，由CrO₃和85％的磷酸按质量比为1∶8～1∶10的比例混合制得的溶液作为电解液，然后置于烧杯中。两极间加15～20V的直流电压，电解抛光数分钟，取出清洗，即得电解抛光后的样品；

c.将适量的Fe₃O₄磁流体滴在置于电磁铁上的电解抛光后的样品表面，然后盖上一片薄的显微镜盖玻片。待粉末干燥后，就可以用70～150倍的金相显微镜观测到磁畴结构。

本发明方法是在粉纹法的基础上，用化学共沉淀法制备一种改进的Fe₃O₄磁流体以观测磁制冷材料的磁畴结构，实验只需要一台金相显微镜和抛光样品表面的设备。本发明制备的磁流体是由纳米级Fe₃O₄磁性颗粒、载液、表面活性剂(也称为分散剂)组成。考虑到在反应的过程中部分Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，所以在Fe₃O₄磁流体的制备中Fe²⁺要适当过量。另外，反应生成的Fe₃O₄颗粒大小要适中，这样混悬性能才会好，容易在磁畴的边界上聚集。因为Fe₃O₄颗粒不能太大，以防止聚集和沉降；Fe₃O₄颗粒也不能太小，因为粒子直径小于1～2nm时磁性可能会消失。在这里，加入分散剂十二烷基苯磺酸钠的重要作用是为了防止Fe₃O₄颗粒聚集和沉降。在制备Fe₃O₄磁流体中，机械搅拌是为了破坏大的团聚，超声波搅拌是为了破坏小的团聚，这样有效地限制了Fe₃O₄颗粒的团聚。

在化学共沉淀过程中发生如下化学反应：

            

                     

化学反应后生成水基Fe₃O₄磁流体。本发明的电解抛光过程中，电解抛光时间随样品表面积不同，要作适当的调整。如两极间加15～20V左右的直流电压，表面积为1～2cm²的样品，电解时间为1～2分钟。另外，作为负极的铜片的面积要比样品大，以便在样品附近产生大的电压降。观测磁畴结构时由于样品表面上的磁畴分界线上有磁极存在，因而有散磁场，所以胶液中的铁磁性粉末便被吸聚在那里，而显出磁畴界壁，这样就可以观察到磁畴的大小和形状等情况。

本发明方法是为室温磁制冷工质材料磁畴结构的观测提供了一种新的方法，即用化学共沉淀法制备一种改进的Fe₃O₄磁流体(分散剂为十二烷基苯磺酸钠)以观测室温磁制冷工质材料的磁畴结构。适应范围为室温磁制冷工质材料Gd系合金，以及其他铁磁性材料的磁畴结构的观测。

本发明专利的优点是：为室温磁制冷工质材料磁畴结构的观测提供了一种经济实用的方法，这种方法成本低，简单方便，易于推广应用。通过本发明所提供的方法，解决了观测磁致冷工质材料磁畴结构成本高、不易获得的问题。

具体实施方式

现将本发明的实施例具体叙述于后。

实施例1

将0.4g FeCl₂·4H₂O和1.08g FeCl₃·6H₂O加入到质量浓度为3％的十二烷基苯磺酸钠溶液中，搅拌均匀，配成60ml溶液。然后将10ml质量浓度为10％的NaOH溶液缓慢滴入到上述溶液中，并在35℃下进行机械搅拌和超声波搅拌，溶液颜色由红棕色逐渐变为墨黑色，最后加140ml蒸馏水稀释，即得水基Fe₃O₄磁流体。将待观测的Gd₅Si₂Ge₂样品经磨光、机械抛光后为正极，用一块比样品大的铜片为负极，由CrO₃和85％的磷酸按质量比为1∶9的比例混合制得的溶液为电解液，然后置于烧杯中。两极间加17V的直流电压，Gd₅Si₂Ge₂样品表面积约为1cm²，电解1分钟，取出清洗，即得电解抛光后的样品。将1mlFe₃O₄磁流体滴在置于电磁铁上的电解抛光后的样品表面，然后盖上一片薄的显微镜盖玻片，使Fe₃O₄磁流体在样品表面均匀铺开。待粉末干燥后，用100倍的金相显微镜可以观测到Gd₅Si₂Ge₂样品的磁畴结构。

实施例2

将0.5g FeCl₂·4H₂O和1.25g FeCl₃·6H₂O加入到质量浓度为4％的十二烷基苯磺酸钠溶液中，搅拌均匀，配成70ml溶液。然后将13ml质量浓度为10％的NaOH溶液缓慢滴入到上述溶液中，并在40℃下进行机械搅拌和超声波搅拌，溶液颜色由红棕色逐渐变为墨黑色，最后加165ml蒸馏水稀释，即得水基Fe₃O₄磁流体。将待观测的Gd₅Si_1.985Ge_1.985Ga_0.03样品经磨光、机械抛光后为正极，用一块比样品大的铜片为负极，由CrO₃和85％的磷酸按质量比为1∶9.5的比例混合制得的溶液为电解液，然后置于烧杯中。两极间加19V的直流电压，Gd₅Si_1.985Ge_1.985Ga_0.03样品表面积约为1.5cm²，电解2分钟，取出清洗，即得电解抛光后的样品。将1mlFe₃O₄磁流体滴在置于电磁铁上的电解抛光后的样品表面，然后盖上一片薄的显微镜盖玻片，使Fe₃O₄磁流体在样品表面均匀铺开。待粉末干燥后，用150倍的金相显微镜可以观测到Gd₅Si_1.985Ge_1.985Ga_0.03样品的磁畴结构。

Claims (1)

1.一种观测室温磁制冷材料磁畴结构的方法，该方法的特征在于具有以下操作步骤：

a.将0.3～0.6g FeCl₂·4H₂O和0.8～1.3g FeCl₃·6H₂O加入到质量浓度为2～5％的十二烷基苯磺酸钠溶液中，搅拌均匀，配成50～80ml溶液。然后将10～15ml质量浓度为10％的NaOH溶液缓慢滴入到上述溶液中，并在30～40℃下进行机械搅拌和超声波搅拌，加适量的蒸馏水稀释，即得水基Fe₃O₄磁流体；

b.将待观测的样品经磨光、机械抛光后作为正极，用一块比样品大的铜片作为负极，由CrO₃和85％的磷酸按质量比为1∶8～1∶10的比例混合制得的溶液作为电解液，然后置于烧杯中。两极间加15～20V的直流电压，电解抛光数分钟，取出清洗，即得电解抛光后的样品；

c.将适量的Fe₃O₄磁流体滴在置于电磁铁上的电解抛光后的样品表面，然后盖上一片薄的显微镜盖玻片。待粉末干燥后，就可以用70～150倍的金相显微镜观测到磁畴结构。