JP4735857B2 - β−ＹｂＡｌＢ４、β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法及び磁気冷凍装置 - Google Patents
β−ＹｂＡｌＢ４、β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法及び磁気冷凍装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4735857B2 JP4735857B2 JP2007228861A JP2007228861A JP4735857B2 JP 4735857 B2 JP4735857 B2 JP 4735857B2 JP 2007228861 A JP2007228861 A JP 2007228861A JP 2007228861 A JP2007228861 A JP 2007228861A JP 4735857 B2 JP4735857 B2 JP 4735857B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic refrigeration
- ybalb
- magnetic
- refrigeration working
- quantum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
本発明は、β−ＹｂＡｌＢ４、に関する。また、本発明は、磁気冷凍作業物質、特にβ−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法に関する。特に、本発明は、常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質、特にβ−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法に関する。
磁気冷凍は、２０世紀前半に確立された極低温の発生方法であり、磁性体の磁場による熱量効果を利用する。固体である磁性体を用いることから単位体積当たりのエントロピー密度が大きく、現在、多くの冷凍装置に用いられている気液凝縮を利用するシステムに比べ、大幅な高効率化・小型軽量化が可能である。
これまでの極低温磁気冷凍に用いられた磁性材料として、例えば２Ｃｅ３＋（ＮＯ３）３・３Ｍｇ（ＮＯ３）２・２４Ｈ２Ｏ（以下、「ＣＭＮ」と略する）を挙げることができる。
Frank Pobell著、Matter and Methods at LowTemperatures。
これまでの極低温磁気冷凍に用いられた磁性材料として、例えば２Ｃｅ３＋（ＮＯ３）３・３Ｍｇ（ＮＯ３）２・２４Ｈ２Ｏ（以下、「ＣＭＮ」と略する）を挙げることができる。
Frank Pobell著、Matter and Methods at LowTemperatures。
しかしながら、ＣＭＮを含めて従来の磁気冷凍材料は、絶縁体であるため、極低温では熱伝導性が悪く、熱交換効率が悪くなる、という問題点があった。
また、ＣＭＮを含めて従来の磁気冷凍材料は、有限温度に何等かの磁気秩序を有し、該転移点が冷却到達限界温度になる、という問題点があった。即ち、従来の磁気冷凍材料では、絶対零度近傍までの冷却を行うことができない、という問題点があった。
さらに、従来の磁気冷凍材料において、この冷却到達限界温度を下げて、絶対零度に近づけるためには、通常、磁性イオンを非磁性イオンで希釈する必要があるが、該希釈を行うとエントロピー密度が低下し、磁気冷凍法の利点を損なう、という問題点があった。
また、ＣＭＮを含めて従来の磁気冷凍材料は、有限温度に何等かの磁気秩序を有し、該転移点が冷却到達限界温度になる、という問題点があった。即ち、従来の磁気冷凍材料では、絶対零度近傍までの冷却を行うことができない、という問題点があった。
さらに、従来の磁気冷凍材料において、この冷却到達限界温度を下げて、絶対零度に近づけるためには、通常、磁性イオンを非磁性イオンで希釈する必要があるが、該希釈を行うとエントロピー密度が低下し、磁気冷凍法の利点を損なう、という問題点があった。
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決した、磁気冷凍材料を提供することにある。
具体的には、本発明の目的は、ｉ）極低温において熱伝導性が良く、熱交換効率が良好であり、ｉｉ）冷却到達限界温度を絶対零度又はその近傍とし、且つｉｉｉ）非磁性イオンでの希釈を必要としない、磁気冷凍作業物質を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的以外に、上記磁気冷凍作業物質の製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的以外に、上記磁気冷凍作業物質を用いる磁気冷凍方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的以外に、上記磁気冷凍方法を具現化する磁気冷凍装置を提供することにある。
具体的には、本発明の目的は、ｉ）極低温において熱伝導性が良く、熱交換効率が良好であり、ｉｉ）冷却到達限界温度を絶対零度又はその近傍とし、且つｉｉｉ）非磁性イオンでの希釈を必要としない、磁気冷凍作業物質を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的以外に、上記磁気冷凍作業物質の製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的以外に、上記磁気冷凍作業物質を用いる磁気冷凍方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的以外に、上記磁気冷凍方法を具現化する磁気冷凍装置を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、次の発明を見出した。
＜１＞ ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４。
＜２＞ 常圧下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４。特に、常圧下、ゼロ磁場下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４。なお、本願において、単に「β−ＹｂＡｌＢ４」と記載した場合、該「β−ＹｂＡｌＢ４」とは、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４をいう。
＜３＞ β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質であって、該β−ＹｂＡｌＢ４が常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有する、上記物質。
＜４＞ 上記＜３＞において、磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４のみからなるのがよい。
＜５＞ 上記＜２＞のβ−ＹｂＡｌＢ４、もしくは上記＜３＞又は＜４＞の物質を有する磁気冷凍装置。
＜６＞ 上記＜２＞のβ−ＹｂＡｌＢ４、もしくは上記＜３＞又は＜４＞の物質を用いる磁気冷凍方法。
＜１＞ ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４。
＜２＞ 常圧下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４。特に、常圧下、ゼロ磁場下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４。なお、本願において、単に「β−ＹｂＡｌＢ４」と記載した場合、該「β−ＹｂＡｌＢ４」とは、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４をいう。
＜３＞ β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質であって、該β−ＹｂＡｌＢ４が常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有する、上記物質。
＜４＞ 上記＜３＞において、磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４のみからなるのがよい。
＜５＞ 上記＜２＞のβ−ＹｂＡｌＢ４、もしくは上記＜３＞又は＜４＞の物質を有する磁気冷凍装置。
＜６＞ 上記＜２＞のβ−ＹｂＡｌＢ４、もしくは上記＜３＞又は＜４＞の物質を用いる磁気冷凍方法。
＜７＞ β−ＹｂＡｌＢ４の製造方法であって、
Ｙｂ１モルに対してＢが４モルとなるようにＹｂ源とＢ源とを混合する工程；
該混合物をフラックスとなるＡｌ源と混合する工程；
得られたものを非酸化雰囲気下で、最高到達温度１０００〜１７００℃で焼成する工程；
焼成後、冷却させる工程；
冷却して得られた冷却物をアルカリ性水溶液に浸漬し、Ａｌフラックスを溶解しβ−ＹｂＡｌＢ４を得る工程；
を有する、上記方法。
＜８＞ 上記＜７＞において、β−ＹｂＡｌＢ４が常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するのがよい。
Ｙｂ１モルに対してＢが４モルとなるようにＹｂ源とＢ源とを混合する工程；
該混合物をフラックスとなるＡｌ源と混合する工程；
得られたものを非酸化雰囲気下で、最高到達温度１０００〜１７００℃で焼成する工程；
焼成後、冷却させる工程；
冷却して得られた冷却物をアルカリ性水溶液に浸漬し、Ａｌフラックスを溶解しβ−ＹｂＡｌＢ４を得る工程；
を有する、上記方法。
＜８＞ 上記＜７＞において、β−ＹｂＡｌＢ４が常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するのがよい。
＜９＞ 常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を用いる磁気冷凍方法。
＜１０＞ 上記＜９＞において、磁気冷凍作業物質は、常圧下、ゼロ磁場下で量子臨界性を有するのがよい。
＜１１＞ 上記＜９＞又は＜１０＞において、（ａ）磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする工程；及び
（ｂ）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、前記断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する工程；
を有するのがよい。
＜１２＞ 上記＜９＞〜＜１１＞のいずれかにおいて、磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４であるのがよい。
＜１０＞ 上記＜９＞において、磁気冷凍作業物質は、常圧下、ゼロ磁場下で量子臨界性を有するのがよい。
＜１１＞ 上記＜９＞又は＜１０＞において、（ａ）磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする工程；及び
（ｂ）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、前記断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する工程；
を有するのがよい。
＜１２＞ 上記＜９＞〜＜１１＞のいずれかにおいて、磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４であるのがよい。
＜１３＞ 常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を有する磁気冷凍装置。
＜１４＞ 上記＜１３＞において、磁気冷凍作業物質は、常圧下、ゼロ磁場下で量子臨界性を有するのがよい。
＜１５＞ 上記＜１３＞又は＜１４＞において、（ａ’）磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする手段；及び
（ｂ’）その後、磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する手段；
を有するのがよい。
＜１６＞ 上記＜１３＞〜＜１５＞のいずれかにおいて、磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４であるのがよい。
＜１４＞ 上記＜１３＞において、磁気冷凍作業物質は、常圧下、ゼロ磁場下で量子臨界性を有するのがよい。
＜１５＞ 上記＜１３＞又は＜１４＞において、（ａ’）磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする手段；及び
（ｂ’）その後、磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する手段；
を有するのがよい。
＜１６＞ 上記＜１３＞〜＜１５＞のいずれかにおいて、磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４であるのがよい。
本発明により、新規物質、即ち、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４を提供することができる。
本発明により、ｉ）極低温において熱伝導性が良く、熱交換効率が良好であり、ｉｉ）冷却到達限界温度を絶対零度又はその近傍とし、且つｉｉｉ）非磁性イオンでの希釈を必要としない、磁気冷凍作業物質を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、上記磁気冷凍作業物質の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、上記磁気冷凍作業物質を用いる磁気冷凍方法を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、上記磁気冷凍方法を具現化する磁気冷凍装置を提供することができる。
本発明により、ｉ）極低温において熱伝導性が良く、熱交換効率が良好であり、ｉｉ）冷却到達限界温度を絶対零度又はその近傍とし、且つｉｉｉ）非磁性イオンでの希釈を必要としない、磁気冷凍作業物質を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、上記磁気冷凍作業物質の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、上記磁気冷凍作業物質を用いる磁気冷凍方法を提供することができる。
また、本発明により、上記効果に加えて、又は上記効果以外に、上記磁気冷凍方法を具現化する磁気冷凍装置を提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、新規物質、即ち、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４を提供する。なお、本願において、単に「β−ＹｂＡｌＢ４」と記載した場合、該「β−ＹｂＡｌＢ４」とは、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４をいう。β−ＹｂＡｌＢ４は、ＹｂがＴｈに、ＡｌがＭｏに、ＢがＢに、それぞれ対応するＴｈＭｏＢ４型の結晶構造を有し、その空間群はＣｍｍｍである。
また、本発明は、磁気冷凍作業物質であるβ−ＹｂＡｌＢ４を提供する。
本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、常圧下で量子臨界性を有する磁性体である。特に、量子臨界性は、ゼロ磁場での量子臨界性であるのがよい。「量子臨界性を有する」とは、絶対零度に磁気相転移を有することを意味する。また、「磁気相転移」とは、スピンの方向が自発的に揃う相転移をいう。
したがって、本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、それのみから磁気冷凍作業物質を形成することができるため、非磁性イオンによる希釈を用いる必要がない。よって、希釈によるエントロピー密度の低下を防止することができ、所望の磁気冷凍作業物質を提供することができる。
本発明は、新規物質、即ち、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４を提供する。なお、本願において、単に「β−ＹｂＡｌＢ４」と記載した場合、該「β−ＹｂＡｌＢ４」とは、ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４をいう。β−ＹｂＡｌＢ４は、ＹｂがＴｈに、ＡｌがＭｏに、ＢがＢに、それぞれ対応するＴｈＭｏＢ４型の結晶構造を有し、その空間群はＣｍｍｍである。
また、本発明は、磁気冷凍作業物質であるβ−ＹｂＡｌＢ４を提供する。
本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、常圧下で量子臨界性を有する磁性体である。特に、量子臨界性は、ゼロ磁場での量子臨界性であるのがよい。「量子臨界性を有する」とは、絶対零度に磁気相転移を有することを意味する。また、「磁気相転移」とは、スピンの方向が自発的に揃う相転移をいう。
したがって、本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、それのみから磁気冷凍作業物質を形成することができるため、非磁性イオンによる希釈を用いる必要がない。よって、希釈によるエントロピー密度の低下を防止することができ、所望の磁気冷凍作業物質を提供することができる。
また、本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、金属であるため（金属性を示すため）、極低温においても高い熱伝導性を有する。なお、従来の磁気冷凍材料は、上述のように、絶縁体である。絶縁体は、格子振動により熱伝導を行うため、極低温では熱伝導性は急激に減少する。一方、金属（又は金属性を示す物質）は、熱輸送が伝導電子によるため、絶対零度近傍でも熱輸送が可能である。したがって、本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、金属であるため（金属性を示すため）、極低温においても高い熱伝導性を有し、従来の絶縁体の磁気冷凍材料とは異なり、良好な熱交換効率を達成することができる。
本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４は、例えば、次の製造法により製造することができる。
即ち、Ｙｂ１モルに対してＢが４モルとなるようにＹｂ源とＢ源とを混合する工程；
該混合物をフラックスとなるＡｌ源と混合する工程；
得られたものを非酸化雰囲気下で、最高到達温度１０００〜１７００℃で焼成する工程；
焼成後、冷却させる工程；
冷却して得られた冷却物をアルカリ性水溶液に浸漬し、Ａｌフラックスを溶解しβ−ＹｂＡｌＢ４を得る工程；
を有する方法により、本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４を得ることができる。
即ち、Ｙｂ１モルに対してＢが４モルとなるようにＹｂ源とＢ源とを混合する工程；
該混合物をフラックスとなるＡｌ源と混合する工程；
得られたものを非酸化雰囲気下で、最高到達温度１０００〜１７００℃で焼成する工程；
焼成後、冷却させる工程；
冷却して得られた冷却物をアルカリ性水溶液に浸漬し、Ａｌフラックスを溶解しβ−ＹｂＡｌＢ４を得る工程；
を有する方法により、本発明のβ−ＹｂＡｌＢ４を得ることができる。
本発明の方法は、まず、Ｙｂ源とＢ源とを混合する工程である。Ｙｂ１モルに対してＢが４モルとなるようにＹｂ源とＢ源とを混合する。
Ｙｂ源は、Ｙｂ単体であってもＹｂ酸化物であってもよい。Ｂ源も、Ｙｂ源と同様、Ｂ単体であってもＢ酸化物であってもよい。
なお、Ｙｂ源及び／又はＢ源として酸化物を用いる場合には、従来より公知の各種粉砕手法及び混合手法を用いるのがよい。
Ｙｂ源は、Ｙｂ単体であってもＹｂ酸化物であってもよい。Ｂ源も、Ｙｂ源と同様、Ｂ単体であってもＢ酸化物であってもよい。
なお、Ｙｂ源及び／又はＢ源として酸化物を用いる場合には、従来より公知の各種粉砕手法及び混合手法を用いるのがよい。
次いで、得られたＹｂ源とＢ源との混合物をフラックスとなるＡｌ源と混合する工程に付される。なお、Ｙｂ源とＢ源とを混合する工程と、該混合物とフラックスとなるＡｌ源と混合する工程とを、一連の工程で行うこともできる。
Ａｌ源は、Ａｌ単体であってもＡｌ酸化物であってもよい。なお、Ａｌ源として酸化物を用いる場合には、従来より公知の各種粉砕手法及び混合手法を用いるのがよい。
Ａｌ源は、Ａｌ単体であってもＡｌ酸化物であってもよい。なお、Ａｌ源として酸化物を用いる場合には、従来より公知の各種粉砕手法及び混合手法を用いるのがよい。
Ａｌ源と混合して得られた混合物は、その後、焼成工程に付される。焼成は、非酸化雰囲気下で、最高到達温度１０００〜１７００℃で行うのがよい。
非酸化雰囲気下として、ヘリウム、アルゴン、及び／又は窒素雰囲気下を挙げることができる。
非酸化雰囲気下として、ヘリウム、アルゴン、及び／又は窒素雰囲気下を挙げることができる。
焼成後、冷却する工程に付される。冷却工程は、従来より公知の種々の冷却手法を用いることができる。
冷却物は、その後、アルカリ水溶液に浸漬し、Ａｌ源フラックスを溶解させる工程に付される。アルカリ水溶液は、ＯＨ−雰囲気下で、アルミニウムをアルミン酸として溶解するものであれば特に限定されない。アルカリ水溶液として例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液を挙げることができるが、これらに限定されない。
この工程により、最終的には、β−ＹｂＡｌＢ４を得ることができる。
この工程により、最終的には、β−ＹｂＡｌＢ４を得ることができる。
なお、本発明の製造方法において、ＹｂとＢとを混合する工程前に、各工程間に、及び／又は、最終工程であるアルカリ水溶液に浸漬する工程後に、望ましい、種々の処理工程を設けてもよい。
本発明の磁気冷凍作業物質は、極低温、即ち絶対零度近傍への冷却が可能である、本発明の磁気冷凍方法に用いることができる。
本発明の磁気冷凍方法は、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を用いる方法である。この方法は、
（ａ）磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする工程；及び
（ｂ）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する工程；
を有するのがよい。
本発明の磁気冷凍方法は、常圧下で量子臨界性、特にゼロ磁場下での量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を用いる方法である。この方法は、
（ａ）磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする工程；及び
（ｂ）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する工程；
を有するのがよい。
本発明の磁気冷凍方法を、図１を用いて、説明する。
図１は、本発明の磁気冷凍作業物質のエントロピーの温度依存性を示す概念図であり、且つ本発明の磁気冷凍方法の原理を示す概念図である。特に、図１は、本発明の磁気冷凍作業物質の、磁場ゼロ（Ｂ＝０）におけるエントロピー（縦軸「Ｓ」で表示）の温度（横軸「Ｔ」で表示）依存性（図１中、実線）と、ある磁場（Ｂ≠０）におけるエントロピー（縦軸）の温度（横軸）依存性（図１中、点線）とを示した図である。なお、図１は、実線で示す磁場ゼロでのエントロピー−温度曲線が、絶対零度では、量子臨界性を有するため、ほぼ垂直に立ち上がっていること、即ち該曲線の接線が垂直であることを示している。
ある温度Ｔ１において、本発明の磁気冷凍作業物質に、等温で磁場を加えると、磁気モーメントが揃い、スピン偏曲した状態となる。なお、ここでの磁場の大きさは、用いる磁気冷凍作業物質、その環境などにより依存し、本発明の磁気冷凍作業物質において、磁気モーメントが揃い、スピン偏曲した状態になるのに十分な磁場であればよい。
断熱状態で、磁場をゼロとすると、本発明の磁気冷凍作業物質の温度が、図１の矢印方向へと低下する。ここで、本発明の磁気冷凍作業物質は、量子臨界性を示す、即ち、図１において、Ｂ＝０且つＴ＝０近傍における状態を示すため、冷却温度Ｔ２は、限りなく絶対零度に近づく。なお、「断熱状態」の断熱の度合いは、本発明の磁気冷凍作業物質の温度が低下するのであれば、特に限定されない。断熱の度合いは、理想的には完全な断熱であるのがよいが、完全な断熱でなくとも本発明の磁気冷凍作業物質の温度が低下する程度の断熱状態であればよい。
したがって、本発明の磁気冷凍作業物質、即ち常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を用いる方法により、限りなく絶対零度にまで冷却することができる磁気冷凍方法を提供することができる。
図１は、本発明の磁気冷凍作業物質のエントロピーの温度依存性を示す概念図であり、且つ本発明の磁気冷凍方法の原理を示す概念図である。特に、図１は、本発明の磁気冷凍作業物質の、磁場ゼロ（Ｂ＝０）におけるエントロピー（縦軸「Ｓ」で表示）の温度（横軸「Ｔ」で表示）依存性（図１中、実線）と、ある磁場（Ｂ≠０）におけるエントロピー（縦軸）の温度（横軸）依存性（図１中、点線）とを示した図である。なお、図１は、実線で示す磁場ゼロでのエントロピー−温度曲線が、絶対零度では、量子臨界性を有するため、ほぼ垂直に立ち上がっていること、即ち該曲線の接線が垂直であることを示している。
ある温度Ｔ１において、本発明の磁気冷凍作業物質に、等温で磁場を加えると、磁気モーメントが揃い、スピン偏曲した状態となる。なお、ここでの磁場の大きさは、用いる磁気冷凍作業物質、その環境などにより依存し、本発明の磁気冷凍作業物質において、磁気モーメントが揃い、スピン偏曲した状態になるのに十分な磁場であればよい。
断熱状態で、磁場をゼロとすると、本発明の磁気冷凍作業物質の温度が、図１の矢印方向へと低下する。ここで、本発明の磁気冷凍作業物質は、量子臨界性を示す、即ち、図１において、Ｂ＝０且つＴ＝０近傍における状態を示すため、冷却温度Ｔ２は、限りなく絶対零度に近づく。なお、「断熱状態」の断熱の度合いは、本発明の磁気冷凍作業物質の温度が低下するのであれば、特に限定されない。断熱の度合いは、理想的には完全な断熱であるのがよいが、完全な断熱でなくとも本発明の磁気冷凍作業物質の温度が低下する程度の断熱状態であればよい。
したがって、本発明の磁気冷凍作業物質、即ち常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を用いる方法により、限りなく絶対零度にまで冷却することができる磁気冷凍方法を提供することができる。
また、本発明は、上記磁気冷凍方法を具現化した磁気冷凍装置も提供する。
即ち、本発明の磁気冷凍装置は、常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を有する磁気冷凍装置である。該装置は、
（ａ’）前記磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により前記磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする手段；及び
（ｂ’）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、前記磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する手段；
を有するのがよい。
即ち、本発明の磁気冷凍装置は、常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を有する磁気冷凍装置である。該装置は、
（ａ’）前記磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により前記磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする手段；及び
（ｂ’）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、前記磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する手段；
を有するのがよい。
本発明の磁気冷凍作業物質、それを用いた磁気冷凍方法又は磁気冷凍装置により、絶対零度又はその近傍までの冷却が可能である。そのため、次のような応用がある。
即ち、科学技術研究用の極低温研究、ヘリウム、水素などの各種ガスの液化、科学技術研究用の極低温研究、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）の冷却、リニアモーターカーなどの超伝導マグネットの冷却、宇宙空間における極低温への冷却などが挙げられるが、これらに限定されない。
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
即ち、科学技術研究用の極低温研究、ヘリウム、水素などの各種ガスの液化、科学技術研究用の極低温研究、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）の冷却、リニアモーターカーなどの超伝導マグネットの冷却、宇宙空間における極低温への冷却などが挙げられるが、これらに限定されない。
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
β型ＹｂＡｌＢ４の単結晶はアルミニウムを使ったフラックス法で作製した。
ＹｂとＢとをモル比１対４となるように混合し、該混合物をフラックスとなるアルミニウムと混ぜ、アルミナ坩堝を用いてアルゴン雰囲気で焼成した。この際、１４５０℃まで上げたのちに毎時５℃の速度で１０００℃まで冷却し、１０００℃でヒータの電源を落とし、それ以降は空冷した。アルミニウムフラックスは、水酸化ナトリウムで溶かし、平板型（０．０６×０．０２×０．０２ｍｍ２）をした単結晶を得た。
なお、得られた単結晶を、Ｘ線回折（ノニウス・カッパＣＣＤ Ｘ線回折装置（Nonius
Kappa CCD X-ray diffractometer）、ＭｏＫα（λ＝０．７１０７３Å）、測定温度：２９８Ｋ）により測定した結果、以下の表１及び表２のデータであることが明かとなった。これから、得られた単結晶は、β型ＹｂＡｌＢ４であることを確認した。また、これらの回折結果から、β型ＹｂＡｌＢ４での結晶構造を図２に示す。なお、図２において、白抜き○はＡｌを、黒丸●（大）はＹｂを、黒丸●（小）はＢを示す。参考までに、α型ＹｂＡｌＢ４のＸ線回折結果も、表１及び表２に示す。
ＹｂとＢとをモル比１対４となるように混合し、該混合物をフラックスとなるアルミニウムと混ぜ、アルミナ坩堝を用いてアルゴン雰囲気で焼成した。この際、１４５０℃まで上げたのちに毎時５℃の速度で１０００℃まで冷却し、１０００℃でヒータの電源を落とし、それ以降は空冷した。アルミニウムフラックスは、水酸化ナトリウムで溶かし、平板型（０．０６×０．０２×０．０２ｍｍ２）をした単結晶を得た。
なお、得られた単結晶を、Ｘ線回折（ノニウス・カッパＣＣＤ Ｘ線回折装置（Nonius
Kappa CCD X-ray diffractometer）、ＭｏＫα（λ＝０．７１０７３Å）、測定温度：２９８Ｋ）により測定した結果、以下の表１及び表２のデータであることが明かとなった。これから、得られた単結晶は、β型ＹｂＡｌＢ４であることを確認した。また、これらの回折結果から、β型ＹｂＡｌＢ４での結晶構造を図２に示す。なお、図２において、白抜き○はＡｌを、黒丸●（大）はＹｂを、黒丸●（小）はＢを示す。参考までに、α型ＹｂＡｌＢ４のＸ線回折結果も、表１及び表２に示す。
得られた平板型のβ型ＹｂＡｌＢ４の単結晶を用いて、図１で概念的に示したような、磁場ゼロにおけるエントロピー−温度曲線、及び磁場が５テスラでのエントロピー−温度曲線をそれぞれ、次のように測定した。即ち、比熱を熱緩和法により測定し、それを温度で割ったものを、次に温度で積分することにより評価した。この結果を図３に示す。
図３からわかるように、図１で概念的に示したのと同様に、磁場ゼロにおけるエントロピー−温度曲線は、絶対零度近傍において、該曲線の接線がほぼ垂直になっていることがわかる。また、５テスラでのエントロピー−温度曲線と、磁場ゼロにおけるエントロピー−温度曲線とが、図１に示すのと同様の挙動を示すことがわかる。
図３からわかるように、図１で概念的に示したのと同様に、磁場ゼロにおけるエントロピー−温度曲線は、絶対零度近傍において、該曲線の接線がほぼ垂直になっていることがわかる。また、５テスラでのエントロピー−温度曲線と、磁場ゼロにおけるエントロピー−温度曲線とが、図１に示すのと同様の挙動を示すことがわかる。
また、得られた平板型のβ型ＹｂＡｌＢ４の単結晶を用いて、電気抵抗率を四端子直流法で測定した。得られた結果を図４に示す。図４において、縦軸は、電気抵抗率、横軸は、絶対温度である。図３は、測定した最低温度１３ｍＫまで磁気秩序を示す異常はなく、１３ｍＫまで磁気秩序は起こらないことを示している。
図３及び図４から、本実施例で得られたβ型ＹｂＡｌＢ４の単結晶は、絶対零度近傍において常圧で量子臨界性を有することがわかる。
また、図１を参照して図３を見ると、本実施例で得られたβ型ＹｂＡｌＢ４の単結晶により、絶対零度近傍までの冷却が可能な磁気冷凍方法又は磁気冷凍装置を提供できることがわかる。
図３及び図４から、本実施例で得られたβ型ＹｂＡｌＢ４の単結晶は、絶対零度近傍において常圧で量子臨界性を有することがわかる。
また、図１を参照して図３を見ると、本実施例で得られたβ型ＹｂＡｌＢ４の単結晶により、絶対零度近傍までの冷却が可能な磁気冷凍方法又は磁気冷凍装置を提供できることがわかる。
Claims (9)
- ＴｈＭｏＢ４型の結晶構造タイプを有するＹｂＡｌＢ４。
- 常圧下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ４。
- β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質であって、該β−ＹｂＡｌＢ４が常圧下で量子臨界性を有する、上記物質。
- β−ＹｂＡｌＢ４の製造方法であって、
Ｙｂ１モルに対してＢが４モルとなるようにＹｂ源とＢ源とを混合する工程；
該混合物をフラックスとなるＡｌ源と混合する工程；
得られたものを非酸化雰囲気下で、最高到達温度１０００〜１７００℃で焼成する工程；
焼成後、冷却させる工程；
冷却して得られた冷却物をアルカリ性水溶液に浸漬し、Ａｌフラックスを溶解しβ−ＹｂＡｌＢ４を得る工程；
を有する、上記方法。 - 前記β−ＹｂＡｌＢ４が常圧下で量子臨界性を有する請求項４記載の方法。
- 常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を用いる磁気冷凍方法であって、該磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ ４ である、上記方法。
- （ａ）前記磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により前記磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする工程；及び
（ｂ）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、前記磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する工程；
を有する、請求項６記載の方法。 - 常圧下で量子臨界性を有する磁気冷凍作業物質を有する磁気冷凍装置であって、該磁気冷凍作業物質が、常圧下で量子臨界性を有するβ−ＹｂＡｌＢ ４ である、上記装置。
- （ａ’）前記磁気冷凍作業物質をある磁場に配置し該磁場により前記磁気冷凍作業物質をスピン偏曲した状態にする手段；及び
（ｂ’）その後、断熱状態で磁場をゼロとし、スピン偏曲状態から量子臨界性を示す状態へと変化させると共に、前記磁気冷凍作業物質が絶対零度近傍へと冷却し、該冷却により磁気冷凍作業物質が配置される環境の温度を絶対零度近傍へと冷却する手段；
を有する請求項８記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007228861A JP4735857B2 (ja) | 2007-03-30 | 2007-09-04 | β−ＹｂＡｌＢ４、β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法及び磁気冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007094705 | 2007-03-30 | ||
| JP2007094705 | 2007-03-30 | ||
| JP2007228861A JP4735857B2 (ja) | 2007-03-30 | 2007-09-04 | β−ＹｂＡｌＢ４、β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法及び磁気冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008277727A JP2008277727A (ja) | 2008-11-13 |
| JP4735857B2 true JP4735857B2 (ja) | 2011-07-27 |
Family
ID=40055296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007228861A Expired - Fee Related JP4735857B2 (ja) | 2007-03-30 | 2007-09-04 | β−ＹｂＡｌＢ４、β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法及び磁気冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4735857B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018083819A1 (ja) * | 2016-11-02 | 2018-05-11 | 日本碍子株式会社 | 磁性材料の製造方法 |
| WO2021157735A1 (ja) * | 2020-02-05 | 2021-08-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 磁気冷凍材料、これを用いたａｍｒベッド、および、磁気冷凍装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06166865A (ja) * | 1992-01-08 | 1994-06-14 | Toshiba Corp | 蓄熱器および冷凍機 |
-
2007
- 2007-09-04 JP JP2007228861A patent/JP4735857B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06166865A (ja) * | 1992-01-08 | 1994-06-14 | Toshiba Corp | 蓄熱器および冷凍機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008277727A (ja) | 2008-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Novel bimorphological anisotropic bulk nanocomposite materials with high energy products | |
| Moore et al. | Selective laser melting of La (Fe, Co, Si) 13 geometries for magnetic refrigeration | |
| Cam Thanh et al. | Magnetocaloric effect in MnFe (P, Si, Ge) compounds | |
| EP3278342B1 (en) | Iron-based superconducting permanent magnet and method of manufacture | |
| Cheng et al. | Critical behavior of ferromagnetic perovskite ruthenates | |
| Dong et al. | Growth and anisotropic thermal properties of biaxial Ho: YAlO3 crystal | |
| Szymczak et al. | Magnetocaloric effect in La 1–x Ca x MnO 3 for x= 0.3, 0.35, and 0.4 | |
| Tang et al. | Enhancing the coercivity of SmCo 5 magnet through particle size control | |
| Wang et al. | Low-temperature reversible giant magnetocaloric effect in the HoCuAl compound | |
| JP4735857B2 (ja) | β−ＹｂＡｌＢ４、β−ＹｂＡｌＢ４を有してなる磁気冷凍作業物質及びその製造方法、並びにそれを用いた磁気冷凍方法及び磁気冷凍装置 | |
| Yu et al. | Carrier and microstructure tuning for improving the thermoelectric properties of Ag8SnSe6 via introducing SnBr2 | |
| Yang et al. | Enhanced power factor of textured Al‐doped‐ZnO ceramics by field‐assisted deforming | |
| Huang et al. | A first-principle assisted framework for designing high elastocaloric Ni–Mn-based magnetic shape memory alloy | |
| Flachbart et al. | Magnetic Ordering in Boron-Rich Borides TbB_66 and GdB_66 | |
| JPWO2017130672A1 (ja) | 超伝導線材、超電導線材の前駆体、超電導線材の製造方法、超電導コイル、ｍｒｉ及びｎｍｒ | |
| Durá et al. | Thermoelectric and magnetic properties of nanocrystalline La0. 7Sr0. 3CoO3 | |
| JP2013189543A (ja) | 磁気冷凍材料、蓄冷材料及びそれを用いた冷凍システム | |
| Marenkin et al. | Al–Mn hard magnetic alloys as promising materials for permanent magnets | |
| KR102069770B1 (ko) | 자기열량합금 및 이의 제조 방법 | |
| Avila et al. | Yb Ni Si 3: An antiferromagnetic Kondo lattice with strong exchange interaction | |
| Maiti et al. | Growth and characterization of high-quality single-crystalline SnTe retaining cubic symmetry down to the lowest temperature studied | |
| Wen et al. | Effect of thermal annealing on the microstructure and thermoelectric properties of nano-TiN/Co 4 Sb 11.5 Te 0.5 composites | |
| Tkáč et al. | Impact of the crystal electric field on magnetocaloric properties of CsGd (MoO4) 2 | |
| Grytsiv et al. | Novel Zn9-cluster compounds RE2Zn6Ge3 (RE: La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd): crystal structure and physical properties | |
| Rodríguez-Crespo et al. | Magnetic Properties of Tetragonal SmFe12− xMox Alloys in Bulk and Melt‐Spun Ribbons |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100720 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20100720 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110201 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110301 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110405 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110412 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140513 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |