KR102032918B1 - Novel magnetocaloric materials and preparation method thereof - Google Patents

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KR102032918B1
KR102032918B1 KR1020180010603A KR20180010603A KR102032918B1 KR 102032918 B1 KR102032918 B1 KR 102032918B1 KR 1020180010603 A KR1020180010603 A KR 1020180010603A KR 20180010603 A KR20180010603 A KR 20180010603A KR 102032918 B1 KR102032918 B1 KR 102032918B1
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김성웅
이규형
박종호
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성균관대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 신규 자기열 물질 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하기 화학식 1로 표현되는 신규 자기열 물질:
[화학식 1]
(Gd1 - xAx)3SnC
(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임), 및 아크 용해법(Arc melting method)을 이용한 상기 신규 자기열 물질의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자기열 물질은 증대된 자기열 효과를 보여줌과 동시에 동 부피의 원료 물질인 금속 Gd3SnC 대비 효율이 현저히 높아서 저가, 고효율의 자기냉각장치 구현과 자기열 효과의 적용 온도 범위의 확장과 제어에 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention relates to a novel magnetocaloric material and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a novel magnetocaloric material represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
(Gd 1 - x A x ) 3 SnC
(Wherein A is La or Ce, x is a minor number and 0 < x < 1), and a method for producing the novel magnetocaloric material using the Arc melting method.
The magnetothermal material according to the present invention shows an increased magnetothermal effect and at the same time has a significantly higher efficiency than the metal Gd 3 SnC of the same volume of raw material, thereby implementing a low-cost, high-efficiency self-cooling device and extending the application temperature range of the magnetothermal effect. It can be useful for control.

Description

신규 자기열 물질 및 그 제조방법{Novel magnetocaloric materials and preparation method thereof}Novel magnetocaloric materials and preparation method

본 발명은 신규 자기열 물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기장을 인가해줄 경우 열을 발산하고 반대로 자기장을 제거하면 열을 흡수하여 주변을 냉각시켜주는 자기열(magnetocaloric) 효과를 갖는 신규 물질 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel magnetic heat material, and more particularly, to a novel material having a magnetocaloric effect that absorbs heat when the magnetic field is applied and, on the contrary, absorbs heat when the magnetic field is removed, thereby cooling the surroundings. It relates to a manufacturing method.

현재 범용적으로 사용되는 냉각 기술은 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정을 반복하여 시스템의 온도를 외부로 빼내는 방법이다. CFCs, HCFCs, 암모니아 등이 냉매 기체로 널리 쓰이고 있으나, 기체를 압축하는 과정에서 많은 에너지가 소모되고 효율이 낮으며, 온실효과에 의해 대기 오염 등의 환경문제를 유발할 수 있다.Currently, the commonly used cooling technology is to repeat the process of compressing, condensing, expanding, and evaporating a refrigerant to take the temperature out of the system. CFCs, HCFCs, ammonia, etc. are widely used as a refrigerant gas, but a lot of energy is consumed in the process of compressing gas, low efficiency, can cause environmental problems such as air pollution by the greenhouse effect.

자기열(magnetocaloric) 냉각 방법은 고체상태의 소재를 사용한 냉각 방법으로, 기체 냉매를 사용하지 않아 친환경적이면서도 냉각 효율이 높아 최근 각광받고 있다. The magnetocaloric cooling method is a cooling method using a solid state material, which is environmentally friendly and has a high cooling efficiency since it does not use a gaseous refrigerant.

자기열 냉각 방법은 자기열 물질에 자기장을 외부에서 인가하여 주면 물질내의 자기 모멘트가 정렬하게 되고, 그러한 과정에서 엔트로피의 변화를 기준으로 그 효과를 평가할 수 있다. 대표적인 자기열 물질로 Gd 원소가 사용되고 있으나, Gd는 고가이므로 자기열 냉각 방법의 상용화에 많은 어려움을 겪고 있다.In the magnetothermal cooling method, when a magnetic field is applied to a magnetic heat material from the outside, the magnetic moments in the material are aligned, and the effect thereof can be evaluated based on the change of entropy in the process. Although a Gd element is used as a representative magnetocaloric material, Gd is expensive, and thus, it is difficult to commercialize a magnetocaloric cooling method.

전자화물은 전자가 원자핵 주위가 아닌 결정 내부의 빈 공간에 격자간 전자(Interstitial Electrons)로 존재하면서 구성 원소 및 구조적 요인에 상관없이 소재의 기능성을 직접 결정하는 역할을 하는 신개념의 물질이다.Electronide is a new concept of material in which electrons exist as interstitial electrons in an empty space inside a crystal, not around an atomic nucleus, and directly determine the functionality of a material regardless of constituent elements and structural factors.

전자화물은 낮은 일함수를 가져 전자방출소재로 활용 가능하고, 높은 자기 엔트로피 변화량으로 인해 자성소재(경자성 소재, 자기열 소재 등)로 활용 가능하며, 높은 전자전달 효율로 인해 촉매 소재로 널리 활용될 수 있는 물질이다.E-cargo can be used as an electron-emitting material with low work function, and can be used as a magnetic material (light magnetic material, magnetic heat material, etc.) due to high magnetic entropy change, and widely used as catalyst material due to high electron transfer efficiency It can be a substance.

전자화물은 유기와 무기 전자화물로 나눠지며 현재 개발된 유기 전자화물은 실온에서 불안정해 전자소재로 응용이 불가능한 상황이며, 실온에서 안정한 무기 전자화물은 2003년 개발된 C12A7 즉, 12CaOl2O3이 대표적이며, 최근 일본 동경공대에서 질화물 전자화물(AE3N)을 개발하여 특허출원한 바 있다(JP2014-024712, JP2012-166325). 국내에서는 한국세라믹기술원에서 C12A7에 대하여 특허출원한 바 있으나(KR2013-0040232 등), 아직까지 타 성분을 포함하는 무기 전자화물에 대해서는 보고된 바 없다.The electronics are divided into organic and inorganic electronics. The developed organic electronics are unstable at room temperature and thus cannot be used as electronic materials. The inorganic electronics stable at room temperature are C 12 A 7 or 12CaO l2 developed in 2003. O 3 is a representative example, and a Japanese patent company has recently developed a patent application for nitride electronics (AE 3 N) (JP2014-024712, JP2012-166325). In Korea, a patent application for C 12 A 7 has been filed by Korea Ceramic Technology Institute (KR2013-0040232, etc.), but no inorganic electronic cargo containing other components has been reported.

또한, 전자화물은 기존 화학양론적 소재의 개념과는 전혀 다른 결정 내부의 특정 공간에 전자가 존재하는 특성의 소재로 구현 가능한 조성에 대한 설계 및 합성이 어렵고, 물성이 구성 원소 및 구조적 특성에 따라서 민감하게 변하여 그 기능적 특성을 예측하는 것에도 기술적인 제약이 있어 최근까지 연구 사례는 매우 드문 상황이다.In addition, it is difficult to design and synthesize a composition that can be embodied as a material having electrons in a specific space inside a crystal, which is completely different from the conventional stoichiometric material concept, and the physical properties are dependent on the constituent elements and structural characteristics. There are also technical limitations in predicting its functional characteristics due to its sensitivity to change, so the case of research until now is very rare.

미국등록특허 제 6589366호US Patent No. 6589366 한국공개특허 제 2015-0042029호Korean Patent Publication No. 2015-0042029

본 발명은 높은 성능의 자기열 효과와 단위 원소당 자기 모멘트를 제어하여 같은 부피의 금속 Gd3SnC 대비 높은 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 Gd계 합성소재를 제공하는 것과 자기열 효과의 적용 온도 범위의 확장과 제어를 목적으로 한다. The present invention provides a Gd-based composite material capable of securing a high price competitiveness compared to the metal Gd 3 SnC of the same volume by controlling the high-performance magnetothermal effect and the magnetic moment per unit element and the application temperature range of the magnetothermal effect For expansion and control purposes.

또한 상기 Gd계 합성소재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a method for producing the Gd-based composite material.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 연구를 거듭한 결과 전자화물 (Gd1-xAx)3SnC (여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1이다.)를 개발하였고, 상기 물질이 온실효과를 유발하는 기체 냉매의 사용을 대체하면서도 기존 자기열 소재인 Gd3SnC 대비 뛰어난 가격 경쟁력과 고효율을 가지는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.In order to achieve the above object, the present inventors have developed an electronide (Gd 1-x A x ) 3 SnC (where A is La or Ce, x is prime and 0 <x <1). The present invention was completed by confirming that the material has excellent price competitiveness and high efficiency compared to the existing magnetic heat material Gd 3 SnC while replacing the use of the gas refrigerant causing the greenhouse effect.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 화학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 자기열 물질을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetothermal material, characterized in that:

[화학식 1][Formula 1]

(Gd1 - xAx)3SnC (Gd 1 - x A x ) 3 SnC

(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임).Wherein A is La or Ce, x is a prime number and 0 <x <1.

상기 자기열 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn (x, y, z = 0, 0, 0), C (x, y, z = 0.5, 0.5, 0.5) 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 수 Å이내로 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The magnetothermal material has an antiperovskite structure, each Sn (x, y, z = 0, 0, 0), C (x, y, z in the antiperovskite structure 0.5, 0.5, 0.5) The element may have a structure in which the position of the element deviates within several degrees from a structurally stable position and is locally distorted.

여기서, 안티페로브스카이트(Antiperovskite)는 종례의 페로브스카이트 (Perovskite) 구조에서 양이온과 음이온의 구조가 역전되어 있는 이온 결합체이다. 단위 구조(Unit cell) 당 많은 수의 원소를 포함하고 있어 자기열 효과를 증대하기에 매우 적합한 물질이다.Here, antiperovskite (Antiperovskite) is an ionic bond in which the structure of the cation and anion is reversed in the conventional Perovskite structure. It contains a large number of elements per unit cell, making it a very suitable material for increasing the magnetocaloric effect.

본 발명은 또한,The present invention also provides

(a) 용융-냉각 공정에 의해 La 또는 Ce 중 어느 하나, 및 Gd, Sn 및 C를 포함하는 합성원료를 제조하는 단계; 및(a) preparing a synthetic raw material comprising either La or Ce and Gd, Sn and C by a melt-cooling process; And

(b) 단계(a)에서 얻어진 합성원료를 재용융-냉각하는 단계;(b) remelting-cooling the synthetic raw material obtained in step (a);

를 포함하는 자기열 물질의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a magnetic thermal material comprising a.

상기 자기열 물질은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.The magnetocaloric material may be represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

(Gd1 - xAx)3SnC (Gd 1 - x A x ) 3 SnC

(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임)Where A is La or Ce, x is prime and 0 <x <1

상기 자기열 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The magnetothermal material has an antiperovskite structure, and in the antiperovskite structure, each Sn and C element is locally deformed from the structurally stable position. May have

상기 단계(a)는 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.The step (a) is preferably made through an arc melting method, and the step (b) is also preferably made through an arc melting method.

상기 단계(a)는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.Preferably, step (a) is performed in an inert gas atmosphere, and step (b) is preferably performed in an inert gas atmosphere.

상기 불활성 가스는 아르곤(Argon), 헬륨(Helium) 또는 네온(Neon)이 바람직하게 사용될 수 있다.Argon, helium, or neon may be preferably used for the inert gas.

본 발명은 또한,The present invention also provides

하기 화학식 1로 표현되는 자기열 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템을 제공한다.It provides a cooling system, characterized in that using a magnetic heat material represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(Gd1 - xAx)3SnC (Gd 1 - x A x ) 3 SnC

(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임)Where A is La or Ce, x is prime and 0 <x <1

상기 자기열 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The magnetothermal material has an antiperovskite structure, and in the antiperovskite structure, each Sn and C element is locally deformed from the structurally stable position. May have

본 발명에 의한 자기열 물질은 기존 능면체(Rhombohedral) 구조를 갖는 Gd 금속(metal)의 자기열 소재와는 다르게 유닛 셀(unitcell) 당 질량이 3배 이상 높은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조로부터 극대화된 자기열 효과를 발현하여 기준 자기열 물질 대비 뛰어난 가격 경쟁력과 에너지 효율을 가질 수 있게 된다.The magnetocaloric material according to the present invention has an antiperovskite structure having a mass of three times or more per unit cell, unlike a magnetothermal material of Gd metal having a conventional rhombohedral structure. By expressing the maximized magnetothermal effect, it is possible to have an excellent price competitiveness and energy efficiency compared to the reference magnetothermal material.

본 발명에서 제공되는 자기열 물질의 제조 방법을 사용함으로써, 단순한 용융 및 열처리 공정으로 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조의 자기열 물질을 대량 제조할 수 있다.By using the method for producing a magnetothermal material provided in the present invention, it is possible to mass-produce a magnetothermal material having an antiperovskite structure by a simple melting and heat treatment process.

본 발명에서 제공되는 자기열 효과를 갖는 물질은 온실효과를 유발하는 기체 냉매의 사용을 대체하면서도 기존 자기열 소재인 Gd 대비 뛰어난 가격 경쟁력과 고효율을 가지고 있어 각종 초저온 냉각 소재로 사용될 수 있다. 또한, 물질 내 Gd와 La 또는 Gd와 Ce의 원소 함량 조절을 통해 자기열 효과의 온도 범위를 제어하였다.The material having the self-heating effect provided in the present invention has excellent price competitiveness and high efficiency compared to the existing magnetic heat material Gd while replacing the use of the gas refrigerant causing the greenhouse effect, and thus can be used as various cryogenic cooling materials. In addition, the temperature range of the magnetocaloric effect was controlled by controlling the element content of Gd and La or Gd and Ce in the material.

본 발명은 기체 냉매의 압축과 순환 등을 위한 구동장치를 사용하지 않아, 소음과 진동에 민감한 냉각 장치에 유력하게 적용 될 수 있다.The present invention does not use a driving device for the compression and circulation of the gas refrigerant, it can be applied to the cooling device sensitive to noise and vibration.

도 1은 실시예 1에서 제조된 (Gd1 - xLax)3SnC (0 < x < 1)의 결정 구조 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 (Gd1 - xLax)3SnC (0 < x < 1)의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 (Gd1 - xLax)3SnC (0 < x < 1) 및 Gd3SnC (비교예)의 온도에 따른 자화율 측정 결과이다.
도 4는 실시예 2에서 제조된 (Gd1 - xCex)3SnC (0 < x < 1)의 결정 구조 모식도이다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 (Gd1 - xCex)3SnC (0 < x < 1)의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 6은 실시예 2에서 제조된 (Gd1 - xCex)3SnC (0 < x < 1) 및 Gd3SnC (비교예)의 온도에 따른 자화율 측정 결과이다.
1 is a schematic diagram of a crystal structure of (Gd 1 - x La x ) 3 SnC (0 <x <1) prepared in Example 1. FIG.
Figure 2 is an X-ray diffraction analysis of (Gd 1 - x La x ) 3 SnC (0 <x <1) prepared in Example 1.
3 is a result of measuring the susceptibility according to the temperature of (Gd 1 - x La x ) 3 SnC (0 <x <1) and Gd 3 SnC (comparative example) prepared in Example 1.
4 is a schematic diagram of a crystal structure of (Gd 1 - x Ce x ) 3 SnC (0 <x <1) prepared in Example 2. FIG.
5 is an X-ray diffraction analysis of (Gd 1 - x Ce x ) 3 SnC (0 <x <1) prepared in Example 2. FIG.
6 is a result of measuring the susceptibility according to the temperature of (Gd 1 - x Ce x ) 3 SnC (0 <x <1) and Gd 3 SnC (comparative example) prepared in Example 2.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail. In the following description of the present invention, detailed descriptions of related well-known configurations or functions may be omitted.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. The terms or words used in the specification and claims are not to be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, but should be construed as meanings and concepts corresponding to the technical matters of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application are There may be.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은, 하기 화학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 자기열 물질을 제공한다.The present invention provides a magnetothermal material, characterized in that represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(Gd1 - xAx)3SnC(Gd 1 - x A x ) 3 SnC

(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임)Where A is La or Ce, x is prime and 0 <x <1

상기 자기열 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The magnetothermal material has an antiperovskite structure, and in the antiperovskite structure, each Sn and C element is locally deformed from the structurally stable position. May have

여기서, 안티페로브스카이트(Antiperovskite)는 종례의 페로브스카이트 (Perovskite) 구조에서 양이온과 음이온의 구조가 역전되어 있는 이온 결합체이다. 단위 구조(Unit cell) 당 많은 수의 원소를 포함하고 있어 자기열 효과를 증대하기에 매우 적합한 물질이다.Here, antiperovskite (Antiperovskite) is a ionic bond in which the structure of the cation and anion is reversed in the conventional Perovskite structure. It contains a large number of elements per unit cell, making it a very suitable material for increasing the magnetocaloric effect.

본 발명은 또한,The present invention also provides

(a) 용융-냉각 공정에 의해 La 또는 Ce 중 어느 하나, 및 Gd, Sn 및 C를 포함하는 합성원료를 제조하는 단계; 및(a) preparing a synthetic raw material comprising either La or Ce and Gd, Sn and C by a melt-cooling process; And

(b) 단계(a)에서 얻어진 합성원료를 재용융-냉각하는 단계;(b) remelting-cooling the synthetic raw material obtained in step (a);

를 포함하는, Including,

하기 화학식 1로 표현되는 자기열 물질의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a magnetocaloric material represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(Gd1 - xAx)3SnC (Gd 1 - x A x ) 3 SnC

(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임)Where A is La or Ce, x is prime and 0 <x <1

상기 자기열 물질은 [도 1] 및 [도 4]에서 나타난 바와 같이 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The magnetocaloric material has an antiperovskite structure as shown in FIGS. 1 and 4, and each Sn and C element is structurally positioned in the antiperovskite structure. It may have a structure that is deformed locally from a stable position.

상기 단계(a)는 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.The step (a) is preferably made through an arc melting method, and the step (b) is also preferably made through an arc melting method.

상기 단계(a)는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.Preferably, step (a) is performed in an inert gas atmosphere, and step (b) is preferably performed in an inert gas atmosphere.

상기 불활성 가스는 아르곤(Argon), 헬륨(Helium) 또는 네온(Neon)이 바람직하게 사용될 수 있다.Argon, helium, or neon may be preferably used for the inert gas.

본 발명은 또한,The present invention also provides

하기 화학식 1로 표현되는 자기열 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템을 제공한다.It provides a cooling system, characterized in that using a magnetic heat material represented by the formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

(Gd1 - xAx)3SnC (Gd 1 - x A x ) 3 SnC

(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임)Where A is La or Ce, x is prime and 0 <x <1

상기 자기열 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The magnetothermal material has an antiperovskite structure, and in the antiperovskite structure, each Sn and C element is locally deformed from the structurally stable position. May have

이하, 실시예 및 평가예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예 및 평가예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 평가예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Evaluation Examples. These examples and evaluation examples are only for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples and evaluation examples according to the gist of the present invention having ordinary knowledge in the art. It is self-evident to him.

<실시예 1. (Gd<Example 1. (Gd 1-x1-x LaLa xx )) 33 SnC (0 < x < 1)의 제조>Preparation of SnC (0 <x <1)>

Gd와 La 금속을 1 cm3, 상기 화학식의 x 비율에 따라 10 g 으로 가공하고 Sn(metal shot)과 C(graphite piece)를 비율에 맞게 정량한다. Gd and La metal is processed to 1 g 3 , 10 g according to the x ratio of the above formula and quantified Sn (metal shot) and C (graphite piece) in proportion.

Arc beam이 발생될 수 있는 Argon 가스 분위기의 Arc melting furnace에서 내부 압력을 0.1 Pa로 고정한 뒤 Arc melting method를 통해 정량된 원료를 용융하여 물질을 혼합·합성 한다. Arc beam에 의해 3000도 이상으로 가열되어 용탕 상태인 원료는 상온의 Argon 가스 분위기 챔버 내에서 자연 냉각하여 응고 시키고,The internal pressure is fixed at 0.1 Pa in an arc melting furnace in an argon gas atmosphere where an arc beam can be generated, and then the raw materials quantified by the arc melting method are melted to mix and synthesize materials. The raw material heated to 3000 degrees or more by arc beam and molten state is solidified by naturally cooling in the Argon gas atmosphere chamber at room temperature,

용융-응고된 물질은 Arc melting furnace 내부에서 위아래로 3 차례 뒤집어 상기 방법과 동일한 과정과 조건으로 재용융-냉각한다. 이를 통하여 균질성과 순도가 높은 자기열 물질을 확보할 수 있다.The melt-solidified material is turned upside down three times inside the Arc melting furnace and re-melted-cooled with the same process and conditions as the above method. Through this, it is possible to secure a homogeneous and high purity magnetothermal material.

<평가예 1. X-선 회절 패턴>Evaluation Example 1. X-ray Diffraction Patterns

실시예 1에 따른 자기열 물질에 대하여 X-선 회절 패턴을 측정하였다. 이를 통해 [도 2]의 X-선 회절 패턴을 얻었으며 그 결과, 자기열 물질은 Antiperovskite 구조이며, (Gd1 - xLax)3SnC (0 < x < 1)의 단일 상임을 확인하였다.An X-ray diffraction pattern was measured for the magnetothermal material according to Example 1. As a result, the X-ray diffraction pattern of [FIG. 2] was obtained. As a result, the magnetothermal material was confirmed to have an Antiperovskite structure and a single phase of (Gd 1 - x La x ) 3 SnC (0 <x <1).

<평가예 2. 자기열 특성 평가>Evaluation Example 2 Evaluation of Magnetic Heat Characteristics

실시예 1에 따른 자기열 물질에 대하여 자기열 특성을 평가하였다. 자기열 특성을 평가하기 위해 온도에 따른 자화율을 측정하였으며, 이를 통해 [도3]의 자화율 측정 결과를 얻었다. The magnetocaloric properties of the magnetocaloric materials according to Example 1 were evaluated. In order to evaluate the magnetothermal characteristics, the susceptibility according to temperature was measured, thereby obtaining the susceptibility measurement results of FIG. 3.

실시예 1에 따라 제조된 (Gd1 - xLax)3SnC (0 < x < 1)는 순수한 Gd3SnC 금속에 비해 낮은 온도에서 자화율이 변화하는 강자성 특성을 나타낸다. [도 3]에 나타난 바와 같이 기존에 사용된 자기열 물질인 Gd3SnC (비교예)에 비해 자화율의 변화가 낮은 온도에서 진행하여 고른 온도영역에서 자기냉각소재로서의 범용성 및 확장성을 확보하였다.(Gd 1 - x La x ) 3 SnC (0 <x <1) prepared according to Example 1 exhibits a ferromagnetic property in which the susceptibility is changed at a lower temperature compared to pure Gd 3 SnC metal. As shown in FIG. 3, the change in magnetization rate is lower than that of Gd 3 SnC (comparative example), which is a conventionally used magnetic material, thereby securing universality and expandability as a magnetic cooling material in an even temperature range.

기존에 사용된 자기열 물질인 Gd3SnC(비교예)의 자화율을 측정한 결과, [도 3]과 같이 (Gd1 - xLax)3SnC (0 < x < 1) 물질의 x값에 따른 자화율의 변화가 온도에 따라 일정하게 제어되는 것을 확인하였다.As a result of measuring the susceptibility of Gd 3 SnC (comparative example), which is a conventionally used magnetothermal material, as shown in FIG. 3, (Gd 1 - x La x ) 3 SnC (0 <x <1) It was confirmed that the change of the susceptibility according to the temperature is constantly controlled.

<< 실시예Example 2. ( 2. ( GdGd 1One -- xx CeCe xx )) 33 SnCSnC (0 < x <  (0 <x < 1)의1) of 제조> Manufacture

Gd와 Ce 금속을 1 cm3, 상기 화학식의 x 비율에 따라 10 g 으로 가공하고 Sn(metal shot)과 C(graphite piece)를 비율에 맞게 정량한다. Gd and Ce metal is processed to 1 cm 3 , 10 g according to the x ratio of the above formula and quantified Sn (metal shot) and C (graphite piece) in proportion.

Arc beam이 발생될 수 있는 Argon 가스 분위기의 Arc melting furnace에서 Arc melting method를 통해 정량된 원료를 용융하여 물질을 혼합·합성 한다. 가열되어 용탕 상태인 원료는 상온의 Argon 가스 분위기 챔버 내에서 자연 냉각하여 응고 시키고, 용융-응고된 물질은 Arc melting furnace 내부에서 위아래로 3 차례 뒤집어 상기 방법과 동일한 과정과 조건으로 재용융-냉각한다. 이를 통하여 균질성과 순도가 높은 자기열 물질을 확보할 수 있다.The materials are mixed and synthesized by melting the raw material quantified by the Arc melting method in an arc melting furnace in an argon gas atmosphere where an arc beam may be generated. The heated and molten raw material is solidified by natural cooling in an Argon gas atmosphere chamber at room temperature, and the melt-solidified material is re-melted and cooled by the same process and conditions as the above method by inverting three times up and down inside the Arc melting furnace. . Through this, it is possible to secure a homogeneous and high purity magnetothermal material.

<< 평가예Evaluation example 3. X-선 회절 패턴> 3. X-ray Diffraction Patterns>

실시예 2에 따른 자기열 물질에 대하여 X-선 회절 패턴을 측정하였다. 이를 통해 [도 5]의 X-선 회절 패턴을 얻었으며 그 결과, 자기열 물질은 Antiperovskite 구조이며, (Gd1 - xCex)3SnC (0 < x < 1)의 단일 상임을 확인하였다.An X-ray diffraction pattern was measured for the magnetothermal material according to Example 2. As a result, the X-ray diffraction pattern of [FIG. 5] was obtained. As a result, it was confirmed that the magnetothermal material had an Antiperovskite structure and was a single phase of (Gd 1 - x Ce x ) 3 SnC (0 <x <1).

<< 평가예Evaluation example 4.  4. 자기열Magnetism 특성 평가> Property Evaluation>

실시예 2에 따른 자기열 물질에 대하여 자기열 특성을 평가하였다. 자기열 특성을 평가하기 위해 온도에 따른 자화율을 측정하였으며, 이를 통해 [도 6]의 자화율 측정 결과를 얻었다. The magnetocaloric properties of the magnetocaloric materials according to Example 2 were evaluated. In order to evaluate the magnetic heat characteristics, the susceptibility according to temperature was measured, and the susceptibility measurement results of FIG. 6 were obtained.

실시예 2에 따라 제조된 (Gd1 - xCex)3SnC (0 < x < 1)는 순수한 Gd3SnC 금속에 비해 낮은 온도에서 자화율이 변화하는 강자성 특성을 나타낸다. [도 6]에 나타난 바와 같이 기존에 사용된 자기열 물질인 Gd3SnC (비교예)에 비해 자화율의 변화가 낮은 온도에서 진행하여 고른 온도영역에서 자기냉각소재로서의 범용성 및 확장성을 확보하였다.(Gd 1 - x Ce x ) 3 SnC (0 <x <1) prepared according to Example 2 exhibits a ferromagnetic property in which the susceptibility is changed at low temperatures compared to pure Gd 3 SnC metal. As shown in FIG. 6, the change in magnetization rate was lowered at a lower temperature than that of Gd 3 SnC (Comparative Example), which is a conventionally used magnetic material, thereby securing universality and expandability as a magnetic cooling material in an even temperature range.

기존에 사용된 자기열 물질인 Gd3SnC(비교예)의 자화율을 측정한 결과, [도 6]과 같이 (Gd1 - xCex)3SnC (0 < x < 1) 물질의 x값에 따른 자화율의 변화가 온도에 따라 일정하게 제어되는 것을 확인하였다.As a result of measuring the susceptibility of Gd 3 SnC (comparative example), which is a conventionally used magnetothermal material, as shown in FIG. 6, the value of (Gd 1 - x Ce x ) 3 SnC (0 <x <1) It was confirmed that the change of the susceptibility according to the temperature is constantly controlled.

Claims (6)

하기 화학식 1로 표현되고, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기열 물질:
(Gd1-xAx)3SnC
(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임).
A magnetic heating material represented by the following Chemical Formula 1 and having an antiperovskite structure:
(Gd 1-x A x ) 3 SnC
Wherein A is La or Ce, x is a prime number and 0 <x <1.
삭제delete (a) 용융-냉각 공정에 의해 La 또는 Ce 중 어느 하나, 및 Gd, Sn 및 C를 포함하는 합성원료를 제조하는 단계; 및
(b) 단계(a)에서 얻어진 합성원료를 재용융-냉각하는 단계;를 포함하는,
하기 화학식 1로 표현되고, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 갖는 자기열 물질의 제조방법:
[화학식 1]
(Gd1-xAx)3SnC
(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임).
(a) preparing a synthetic raw material comprising either La or Ce and Gd, Sn and C by a melt-cooling process; And
(b) remelting-cooling the synthetic raw material obtained in step (a);
A method of preparing a magnetic thermal material represented by the following Chemical Formula 1 and having an antiperovskite structure:
[Formula 1]
(Gd 1-x A x ) 3 SnC
Wherein A is La or Ce, x is a prime number and 0 <x <1.
제 3항에 있어서,
상기 단계(a) 및 단계(b)는 각각 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기열 물질의 제조방법.
The method of claim 3,
The step (a) and step (b) is a method of producing a magnetocaloric material, characterized in that each through the arc melting method (Arc melting method).
제 3항에 있어서,
상기 단계(a) 및 단계(b)는 각각 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자기열 물질의 제조방법.
The method of claim 3,
The step (a) and step (b) is a method of producing a magnetothermal material, characterized in that each carried out in an inert gas atmosphere.
하기 화학식 1로 표현되고, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 갖는 자기열 물질을 이용하는 냉각 시스템:
[화학식 1]
(Gd1-xAx)3SnC
(여기서, A는 La 또는 Ce이고, x는 소수이며 0 < x < 1임).

A cooling system represented by the following formula (1) and using a magnetothermal material having an antiperovskite structure:
[Formula 1]
(Gd 1-x A x ) 3 SnC
Wherein A is La or Ce, x is a prime number and 0 <x <1.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3381953B2 (en) * 1992-01-08 2003-03-04 株式会社東芝 Heat storage and refrigerator
US6589366B1 (en) 2000-03-08 2003-07-08 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of making active magnetic refrigerant, colossal magnetostriction and giant magnetoresistive materials based on Gd-Si-Ge alloys
NZ588752A (en) * 2008-04-28 2012-03-30 Basf Se Thermomagnetic generator
KR20150042029A (en) 2013-10-10 2015-04-20 삼성전자주식회사 Magnetocaloric material and products including the magnetocaloric material
KR20160113790A (en) * 2015-03-23 2016-10-04 삼성전기주식회사 Magnetic composite, manufacturing method thereof and magnetic cooling appratus using thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Masachi Kosaka et al. Effect of pressure on the electrical resistivity of Ce3SnC single crystal. Phsica B. 284-288. 2000. Page 1323-1324. 사본 1부.*
Thorsten M. Gesing et al. The Perovskite Carbides A3MC. A Journal of Chemical Sciences. 1997. Volume 52, Issue 2, Page 176-182. 사본 1부.*

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