KR20160081657A - Magnetocaloric material, products including the magnetocaloric material, and method of manufacturing the magnetocaloric material - Google Patents

Magnetocaloric material, products including the magnetocaloric material, and method of manufacturing the magnetocaloric material Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a magnetocaloric material comprising a substance represented by formula 1, (Mn_(1-x)Tm_x)_5PB_2, a substance represented by formula 2, Mn_5P_(1-y)A_yB_2, a substance represented by formula 3, Mn_5P_(1-z)B_(2+z), or a combination thereof, to a product comprising the magnetocaloric material, and to a manufacturing method of the magnetocaloric material. The descriptions regarding the formulas are the same as described in the specification. The magnetocaloric material of the present invention can improve a magnetocaloric effect by controlling magnetic properties.

Description

자기열 물질, 상기 자기열 물질을 포함하는 제품, 및 상기 자기열 물질의 제조방법{MAGNETOCALORIC MATERIAL, PRODUCTS INCLUDING THE MAGNETOCALORIC MATERIAL, AND METHOD OF MANUFACTURING THE MAGNETOCALORIC MATERIAL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a magnetoresistive material, a product including the magnetoresistive material, and a method of manufacturing the magnetoresistive material,

자기열 물질, 상기 자기열 물질을 포함하는 제품, 및 상기 자기열 물질의 제조방법에 관한 것이다.A magnetic thermal material, a product including the magnetic thermal material, and a method of manufacturing the magnetic thermal material.

현재의 냉각 장치에 사용되고 있는 가스 압축식 냉각 방식은 온실 효과를 유발하는 가스 냉매를 사용하고 있고 냉각 효율의 한계에 도달하고 있어서, 에너지 효율이 높고 친환경적인 냉각 장치 개발에 대한 요구가 증가하고 있다. 가스 압축식 냉각 방식을 대체할 수 있는 기술로서 고체 냉각(solid state cooling)방식이 연구되고 있다. 이 중에서 자성 물질의 자기 상전이(magnetic phase transition)에 따른 자기열 효과(magnetocaloric effect)를 이용하는 자기 냉각(magnetic refrigeration)이 고효율, 친환경 고체 냉각 기술로서 주목을 받고 있다. The gas compression type cooling system used in the present cooling system uses gas refrigerant causing the greenhouse effect and reaches the limit of the cooling efficiency. Therefore, there is an increasing demand for development of an energy efficient and environmentally friendly cooling system. Solid state cooling systems are being studied as a substitute for gas compression cooling systems. Among them, magnetic refrigeration using a magnetocaloric effect due to magnetic phase transition of a magnetic material is attracting attention as a high efficiency, environmentally friendly solid cooling technique.

자기 냉각 기술에서 고성능의 자기열 물질 및 그 효율적인 제조 방법의 개발이 중요하다. 자기장의 변화에 따른 큰 폭의 자기 엔트로피 변화량(magnetic entropy change, ΔSM), 적절한 자기 상전이 온도 자기 상전이 온도(magnetic phase transition temperature, Tc), 높은 열전도도, 높은 전기저항, 화학적, 기계적 안정성, 친환경성, 저가격 및 대량생산 가능성 등이 자기열 물질의 개발에서 고려되는 요소들이다. 자기열 물질로서 Gd5(Ge,Si)4 (K. A. Gchneider et al.), La(Fe,Si)13 (O. Gutfleisch et al .) 등과 같은 희토류 원소 함유 재료가 알려져 있다.It is important to develop a high-performance magnetorheological material and its efficient manufacturing method in self-cooling technology. Magnetic entropy change (ΔS M ), magnetic phase transition temperature (Tc), high thermal conductivity, high electrical resistance, chemical and mechanical stability, environmentally friendly Gender, low cost, and mass production potential are factors to be considered in the development of magnetic thermal materials. Gd 5 (Ge, Si) 4 (KA Gchneider et al .), La (Fe, Si) 13 (O. Gutfleisch et al . ) Is known as a rare earth element-containing material.

기존의 자기열 물질에 포함된 희토류 원소는 공급이 원활하지 않고, 1차 자기 상전이(first order magnetic phase transition)를 나타내는 경우 열·자기 이력(thermal/magnetic hysteresis) 현상이 일어나 자기냉각 시스템의 열순환 주기가 제한될 수 있다.The rare earth element contained in the existing magnetic thermal material is not smoothly supplied and when the first order magnetic phase transition is exhibited, a thermal / magnetic hysteresis phenomenon occurs and the thermal cycle of the self cooling system The cycle may be limited.

일 구현예는 자기적 물성을 제어하여 자기열 효과를 개선할 수 있는 자기열 물질을 제공한다.One embodiment provides a magnetic thermal material capable of controlling the magnetic properties to improve the magnetic thermal effect.

다른 구현예는 상기 자기열 물질을 포함하는 제품을 제공한다.Another embodiment provides a product comprising the magnetorheological material.

또 다른 구현예는 자기적 물성을 제어하여 자기열 효과를 개선할 수 있는 자기열 물질의 제조방법을 제공한다.Another embodiment provides a method of manufacturing a magnetic thermal material capable of controlling the magnetic properties to improve the magnetic thermal effect.

일 구현예에 따르면, 하기 일반식 1로 표현되는 물질, 하기 일반식 2로 표현되는 물질, 하기 일반식 3으로 표현되는 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 자기열 물질을 제공한다. According to one embodiment, there is provided a magnetorheological material comprising a substance represented by the following general formula (1), a substance represented by the following general formula (2), a substance represented by the following general formula (3), or a combination thereof.

[일반식 1][Formula 1]

(Mn1 - x Tm x )5PB2 (Mn 1 - x Tm x ) 5 PB 2

상기 일반식 1에서,In the general formula 1,

Tm은 전이금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,Tm is at least one selected from transition metal elements,

0.02≤x≤0.04를 만족한다.0.02? X? 0.04.

[일반식 2][Formula 2]

Mn5P1 - y A y B2 Mn 5 P 1 - y A y B 2

상기 일반식 2에서, In the general formula 2,

A는 준금속 원소 및 비금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,A is at least one selected from a metalloid element and a nonmetal element,

0.1≤y≤0.3을 만족한다.0.1? Y? 0.3.

[일반식 3][Formula 3]

Mn5P1 - zB2 +z Mn 5 P 1 - z B 2 + z

상기 일반식 3에서,In the general formula 3,

0<z<1을 만족한다.0 &lt; z < 1.

상기 Tm은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The Tm may be at least one selected from Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn.

상기 A는 Si, As, Ge, 및 S 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The A may be at least one selected from Si, As, Ge, and S.

상기 z는 0.075≤z<1을 만족할 수 있다.Z may satisfy 0.075? Z < 1.

상기 z는 0.1≤z<1을 만족할 수 있다.Z may satisfy 0.1? Z <1.

상기 자기열 물질은 하기 일반식 1a로 표현될 수 있다.The magnetic thermal material may be represented by the following general formula (1a).

[일반식 1a][Formula 1a]

(Mn1 - x Fe x )5PB2 (Mn 1 - x Fe x ) 5 PB 2

상기 일반식 1a에서,In the general formula (1a)

0.02≤x≤0.04를 만족한다.0.02? X? 0.04.

상기 자기열 물질은 하기 일반식 2a로 표현될 수 있다.The magnetic thermal material may be represented by the following Formula 2a.

[일반식 2a][Formula 2a]

Mn5P1 - y Si y B2 Mn 5 P 1 - y Si y B 2

상기 일반식 2a에서,In the general formula 2a,

0.1≤y≤0.3을 만족한다.0.1? Y? 0.3.

상기 자기열 물질의 입자 크기는 1nm 내지 100㎛일 수 있다.The particle size of the magnetic thermal material may be 1 nm to 100 탆.

다른 구현예에 따르면, 상술한 자기열 물질을 포함하는 제품을 제공한다. According to another embodiment, there is provided a product comprising the above-mentioned magnetically-heating substance.

상기 제품은 2종 이상의 자기열 물질을 포함할 수 있다. The article may comprise two or more magnetic thermal materials.

상기 제품은 자기냉각 장치, 자기열 발전기, 자기열 펌프 및 전자파 차폐제를 포함할 수 있다.The product may include a magnetic cooling device, a magnetic heat generator, a magnetic heat pump, and an electromagnetic wave shielding agent.

또 다른 구현예에 따르면, 원료 혼합물을 얻는 단계, 그리고 상기 원료 혼합물을 열처리하는 단계를 포함하고, 제조된 자기열 물질이 상기 일반식 1로 표현되는 물질, 상기 일반식 2로 표현되는 물질, 상기 일반식 3으로 표현되는 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 자기열 물질의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment, there is provided a method for producing a magnetic recording medium, comprising the steps of: obtaining a raw material mixture; and heat-treating the raw material mixture, wherein the produced magnetic thermal material comprises the substance represented by Formula 1, A material represented by the general formula (3), or a combination thereof.

상기 열처리는 800℃ 내지 1,000℃의 온도에서 진행될 수 있다.The heat treatment may be performed at a temperature of 800 ° C to 1,000 ° C.

상기 열처리는 3회 이상 진행될 수 있다.The heat treatment may be conducted three times or more.

상기 열처리는 무산소 분위기 하에서 진행될 수 있다.The heat treatment may be conducted in an oxygen-free atmosphere.

자기열 물질의 열·자기 이력을 감소시켜 열 과정의 효율을 높일 수 있다.The thermal and magnetic hysteresis of the magnetic thermal material can be reduced to improve the efficiency of the thermal process.

도 1은 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 X선 회절 분석 그래프이고,
도 2는 실시예 3 내지 5, 그리고 비교예 3 및 4에서 얻은 자기열 물질의 X선 회절 분석 그래프이고,
도 3은 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 X선 회절 분석 그래프이고,
도 4는 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화 곡선을 비교한 그래프이고,
도 5는 실시예 3 내지 5, 그리고 비교예 3 및 4에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화 곡선을 비교한 그래프이고,
도 6은 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화 곡선을 비교한 그래프이고,
도 7은 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도를 보여주는 그래프이고,
도 8은 실시예 3 내지 5, 그리고 비교예 3 내지 5에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도를 보여주는 그래프이고,
도 9는 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도를 보여주는 그래프이고,
도 10은 실시예 1에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 11은 실시예 2에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 12는 비교예 1에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 13은 비교예 2에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 14는 실시예 3에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 15는 실시예 4에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 16은 실시예 5에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 17은 비교예 3에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 18은 실시예 10에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 19는 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 20은 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 보여주는 그래프이고,
도 21은 실시예 3 내지 5, 그리고 비교예 3 내지 5에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 보여주는 그래프이고,
도 22는 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 보여주는 그래프이다.
1 is an X-ray diffraction analysis graph of the magnetic thermal material obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2,
2 is an X-ray diffraction analysis graph of the magnetic thermal material obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 and 4,
3 is an X-ray diffraction analysis graph of the magnetic thermal material obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6,
4 is a graph comparing the magnetization curves of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 according to the temperature,
5 is a graph comparing the magnetization curves of the magnetic thermal materials obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 and 4 according to the temperature,
6 is a graph comparing the magnetization curves of the magnetic thermal materials obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6 with temperature,
7 is a graph showing the magnetic phase transition temperatures of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2,
8 is a graph showing the magnetic phase transition temperatures of the magnetic thermal materials obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 5,
9 is a graph showing the magnetic phase transition temperatures of the magnetic thermal materials obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6,
10 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 1. FIG.
11 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 2,
12 is a graph showing a magnetization curve according to a magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 1,
13 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 2. FIG.
14 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 3,
15 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 4,
16 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 5,
17 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 3,
18 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 10,
19 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 6,
20 is a graph showing magnetic entropy changes of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2,
21 is a graph showing magnetic entropy changes of the magnetic thermal materials obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 5,
22 is a graph showing magnetic entropy changes of the magnetic thermal materials obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6. Fig.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

이하 일 구현예에 따른 자기열 물질에 관하여 설명한다.Hereinafter, the magnetic thermal substance according to one embodiment will be described.

자기열 물질(magnetocaloric material)은 자기상전이(magnetic phase transition)에 의한 자기열 효과를 낼 수 있는 물질로, 일 구현예에 따른 자기열 물질은 하기 일반식 1로 표현되는 물질, 하기 일반식 2로 표현되는 물질, 하기 일반식 3으로 표현되는 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The magnetocaloric material is a material capable of generating a magnetic heat effect by magnetic phase transition, and the magnetic thermal material according to one embodiment is a material represented by the following general formula 1, A substance represented by the following general formula (3), or a combination thereof.

[일반식 1][Formula 1]

(Mn1 - x Tm x )5PB2 (Mn 1 - x Tm x ) 5 PB 2

상기 일반식 1에서,In the general formula 1,

Tm은 전이금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,Tm is at least one selected from transition metal elements,

0.02≤x≤0.04를 만족한다.0.02? X? 0.04.

[일반식 2][Formula 2]

Mn5P1 - y A y B2 Mn 5 P 1 - y A y B 2

상기 일반식 2에서, In the general formula 2,

A는 준금속 원소 및 비금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,A is at least one selected from a metalloid element and a nonmetal element,

0.1≤y≤0.3을 만족한다.0.1? Y? 0.3.

[일반식 3][Formula 3]

Mn5P1 - zB2 +z Mn 5 P 1 - z B 2 + z

상기 일반식 3에서,In the general formula 3,

0<z<1을 만족한다.0 &lt; z < 1.

일 구현예에 따른 자기열 물질은 기본 구성원소로서 Mn, P, 및 B를 포함하되, Mn, P, 및 B의 양을 소정 범위로 한정하거나 Mn, P, 및 B의 일부를 다른 원소로 치환한 Mn5PB2 계 자기열 물질이다.The magnetic thermal material according to one embodiment includes Mn, P, and B as basic constituent elements, and limits the amounts of Mn, P, and B to a predetermined range or substitutes a part of Mn, P, and B with other elements It is a Mn 5 PB 2 system magnetic thermal material.

일 예를 들어, 상기 자기열 물질은 자성 원소인 Mn의 일부를 전이금속으로 치환한 형태일 수 있다.For example, the magnetoresistive material may be formed by replacing a part of Mn, which is a magnetic element, with a transition metal.

치환되는 전이금속은 1종 또는 2종 이상일 수 있고, 전이금속의 종류의 비제한적 예시로서 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of the transition metal include, but are not limited to, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn. It is not.

상기 일반식 1에서 x로 표현되는 전이금속의 치환 양은 0.02≤x≤0.04 범위에서 선택되고, 예컨대 상기 x는 약 0.02, 약 0.03, 또는 약 0.04일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The substitution amount of the transition metal represented by x in the general formula 1 is selected in a range of 0.02? X? 0.04, for example, x may be about 0.02, about 0.03, or about 0.04, but is not limited thereto.

이와 같이, 일 예에 따른 자기열 물질은 자성 원소인 Mn의 일부를 전이금속 원소로 치환하여 자기적 상호작용을 변화시킬 수 있다. 전이금속 원소의 자기 모멘트는 Mn과 비교하여 상대적으로 크므로, Mn의 일부를 전이금속 원소로 치환하여 엔트로피 변화(-ΔSM)를 증가시킬 수 있게 되고, 이에 따라 자기열 물질의 자기 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the magnetic thermal material according to an example can change the magnetic interaction by substituting a part of Mn, which is a magnetic element, with a transition metal element. Since the magnetic moment of the transition metal element is relatively larger than that of Mn, it is possible to increase the entropy change (-ΔS M ) by replacing a part of Mn with the transition metal element, Can be improved.

이에 따른 자기열 물질은 구체적으로 하기 일반식 1a로 표현될 수 있다.The magnetic thermal material can be represented by the following general formula (1a).

[일반식 1a][Formula 1a]

(Mn1 - x Fe x )5PB2 (Mn 1 - x Fe x ) 5 PB 2

상기 일반식 1a에서,In the general formula (1a)

0.02≤x≤0.04를 만족한다.0.02? X? 0.04.

다른 일 예를 들어, 상기 자기열 물질은 비자성 원소인 P의 일부를 준금속 원소 또는 비금속 원소로 치환한 형태일 수 있다.In another example, the magnetic thermal substance may be a form in which a part of P, which is a non-magnetic element, is substituted with a metalloid element or a non-metal element.

치환되는 준금속 원소 또는 비금속 원소는 1종 또는 2종 이상일 수 있고, 상기 준금속 원소 또는 비금속 원소의 비제한적 예시로서 Si, As, Ge, 및 S를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The substitutional metal element or nonmetal element may be one or more than two, and examples of the non-limiting examples of the quasi-metal element or the non-metal element include Si, As, Ge, and S, but are not limited thereto.

상기 일반식 2에서 y로 표현되는 준금속 원소 또는 비금속 원소의 치환 양은 0.1≤y≤0.3 범위에서 선택되고, 예컨대 상기 y는 약 0.1, 약 0.2, 또는 약 0.3일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In the general formula 2, the substitution amount of the quasi-metallic element or the non-metallic element represented by y is selected in a range of 0.1? Y? 0.3, for example, the y may be about 0.1, about 0.2, or about 0.3.

이와 같이, 다른 일 예에 따른 자기열 물질은 P의 일부를 준금속 원소 또는 비금속 원소로 치환하여 자기적 상호작용을 변화시킬 수 있다. 비자성 원소인 P를 준금속 원소 또는 비금속 원소로 치환함에 따라 자기 상전이 온도(magnetic phase transition temperature, Tc)의 변화 값이 감소되고, 이에 따라 자기이력곡선이 감소된다. 또한, 엔트로피 변화(-ΔSM)를 증가시켜 자기열 물질의 자기 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the magnetic thermal material according to another example can change the magnetic interaction by replacing a part of P with a quasi-metallic element or a non-metallic element. Substituting the non-magnetic element P with a sub-metallic element or a non-metallic element decreases the value of the magnetic phase transition temperature (Tc), thereby reducing the magnetic hysteresis curve. Further, by increasing the change in entropy (-ΔS M) it is possible to improve the magnetic characteristics of the magnetic thermal cooling material.

이에 따른 자기열 물질은 구체적으로 하기 일반식 2a로 표현될 수 있다.The magnetic thermal material can be represented by the following general formula (2a).

[일반식 2a][Formula 2a]

Mn5P1 - y Si y B2 Mn 5 P 1 - y Si y B 2

상기 일반식 2a에서,In the general formula 2a,

0.1≤y≤0.3을 만족한다.0.1? Y? 0.3.

또 다른 일 예를 들어, 상기 자기열 물질은 기본 구성원소인 Mn, P, 및 B의 양을 소정 범위로 한정한 형태일 수 있고, 이는 상기 일반식 3으로 표현된다. 상기 일반식 3으로 표현되는 자기열 물질은 Mn5PB2 구조에서 P의 양을 감소시키고, P의 감소량에 대응되도록 B의 양을 증가시킨 것이다.In another example, the magnetic thermal material may be in the form of limiting the amounts of Mn, P, and B, which are basic constituents, to a predetermined range, which is expressed by the general formula 3. The magnetocrystalline material represented by the general formula 3 reduces the amount of P in the Mn 5 PB 2 structure and increases the amount of B to correspond to the decrease amount of P.

상기 일반식 3에서, z로 표현되는 P의 감소량 (즉, B의 증가량)은 0<z<1 범위에서 선택되고, 예컨대 상기 z는 0.075≤z<1, 또는 0.1≤z<1를 만족할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In the above general formula (3), the amount of decrease of P represented by z (that is, the amount of increase of B) is selected in the range of 0 <z <1, for example, z satisfies 0.075? Z < But is not limited thereto.

이와 같이, 또 다른 일 예에 따른 자기열 물질은 P의 일부를 B로 치환함으로써 엔트로피 변화(-ΔSM)를 증가시켜 자기열 물질의 자기 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the magnetic thermal material according to another example can improve the self-cooling property of the magnetic thermal material by increasing the entropy change (-ΔS M ) by replacing part of P with B.

상기 자기열 물질은 전술한 바와 같이, 기본 구성원소인 Mn, P, 및 B의 양을 소정 범위로 한정하거나 Mn, P, 및 B의 일부를 다른 원소로 치환하는 방식에 따라 Mn5PB2 를 비화학 당량으로 치환시킨 조성을 가지며, 이와 같이 Mn5PB2 계 구조를 비화학 당량으로 치환시킴으로써 자기적 상호작용을 변화시켜 자성 특성을 제어할 수 있다.As described above, the magnetocrystalline material can be prepared by limiting the amount of Mn, P, and B, which are basic constituents, to a predetermined range, or by replacing Mn 5 PB 2 by a method of replacing a part of Mn, P, And the magnetic properties can be controlled by changing the magnetic interaction by replacing the Mn 5 PB 2 system with a non-chemical equivalent.

상기 일반식 1 내지 3 중 어느 하나로 표현되는 자기열 물질은 Mn5PB2 과 비교하여 감소된 자기이력곡선을 가질 수 있다.The magnetic thermal substance represented by any one of the general formulas 1 to 3 may have a reduced magnetic hysteresis curve as compared with Mn 5 PB 2 .

또한, 상기 일반식 1 내지 3 중 어느 하나로 표현되는 자기열 물질은 Mn5PB2 과 비교하여 엔트로피 변화와 열 과정 효율이 증가하여, 냉각 특성이 향상될 수 있다. 따라서 상기 자기열 물질을 냉장고 또는 에어컨과 같은 냉각 장치에 적용시 에너지 손실을 줄이고 높은 효율을 구현할 수 있다.In addition, the magnetic thermal material expressed by any one of the general formulas 1 to 3 has an increased entropy change and thermal process efficiency as compared with Mn 5 PB 2, and the cooling characteristics can be improved. Therefore, when the magnetic heating material is applied to a cooling device such as a refrigerator or an air conditioner, energy loss can be reduced and high efficiency can be realized.

상기 자기열 물질은 서로 다른 조성을 가지는 2종 이상의 자기열 물질을 함께 사용할 수 있다. 예컨대 약 310K의 자기 상전이 온도를 가지는 자기열 물질, 약 320K의 자기 상전이 온도를 가지는 자기열 물질 및 약 330K의 자기 상전이 온도를 가지는 자기열 물질을 함께 포함함으로써 단일 종류의 자기열 물질을 포함하는 경우와 비교하여 작동 온도 범위를 크게 넓힐 수 있다.The magnetic thermal material may use two or more kinds of magnetic thermal materials having different compositions. For example, a magnetic thermal substance having a magnetic phase transition temperature of about 310 K, a magnetic thermal substance having a magnetic phase transition temperature of about 320 K, and a magnetic thermal substance having a magnetic phase transition temperature of about 330 K, The operating temperature range can be greatly widened.

상기 자기열 물질은 입자(particle) 형태로 포함될 수 있으며, 상기 입자는 예컨대 미세결정 입자일 수 있다. 상기 자기열 물질의 평균 입경은 예컨대 약 1nm 내지 100㎛ 일 수 있다. 상기 범위의 평균 입경을 가짐으로써 크랙의 발생을 방지 내지 완화할 수 있어서 자기냉각 효율 및 수명 특성을 더욱 개선할 수 있다. 상기 범위 내에서 약 10nm 내지 100㎛의 평균 입경을 가질 수 있고, 상기 범위 내에서 약 100nm 내지 5㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.The magnetic thermal material may be contained in the form of particles, and the particles may be, for example, microcrystalline particles. The average particle size of the magnetic thermal material may be, for example, about 1 nm to 100 탆. By having an average particle diameter in the above range, the generation of cracks can be prevented or alleviated, so that the self-cooling efficiency and the life characteristics can be further improved. Within this range, it may have an average particle diameter of about 10 nm to 100 mu m, and within this range, it may have an average particle diameter of about 100 nm to 5 mu m.

상기 자기열 물질은 다양한 형태로 성형 및/또는 가공되어 자기열 효과가 요구되는 다양한 제품으로 제조될 수 있다. 상기 제품은 예컨대 자기냉각 장치, 자기열 발전기, 자기열 펌프 및 전자파 차폐제를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 때 전술한 바와 같이 두 종류 이상의 자기열 물질을 함께 사용함으로써 자성을 띨 수 있는 온도 구간을 확대하여 응용 온도 범위를 넓힐 수 있다. The magnetic thermal material may be formed and / or processed into various shapes to produce various products requiring magnetic heat effect. The product may include, but is not limited to, a self-cooling device, a magnetic heat generator, a magnetic heat pump, and an electromagnetic wave shielding agent. At this time, by using two or more types of magnetic thermal materials as described above, it is possible to broaden the application temperature range by enlarging the temperature range in which magnetism can be seen.

이하 일 구현예에 따른 자기열 물질의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a magnetic thermal material according to one embodiment will be described.

일 구현예에 따른 자기열 물질의 제조 방법은 원료 혼합물을 얻는 단계, 그리고 상기 원료 혼합물을 열처리하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a magnetorheological material according to an embodiment includes the steps of obtaining a raw material mixture and heat treating the raw material mixture.

상기 원료 혼합물은 망간 또는 그 전구체, 철 또는 그 전구체, 그리고 인 또는 그 전구체를 기본 성분으로 포함하되, 의도한 조성에 따라 전이금속 원소, 준금속 원소, 비금속 원소, 또는 이들의 전구체를 추가할 수 있다. 상기 원료 성분들은 예컨대 분말(powders) 또는 플레이크(flakes) 형태로 혼합될 수 있으며, 상기 전구체는 예컨대 히드록사이드, 알콕사이드, 시트레이트, 아세테이트, 카보네이트, (메타)아크릴레이트, 나이트레이트, 아세틸아세토네이트, 할라이드, 설포네이트, 포스페이트 또는 이들의 수화물 형태일 수 있다.The raw material mixture contains manganese or a precursor thereof, iron or a precursor thereof, and phosphorus or a precursor thereof as a basic component, and the transition metal element, the metalloid element, the nonmetal element, or the precursor thereof may be added according to the intended composition have. The raw materials can be mixed, for example, in the form of powders or flakes, and the precursors can be mixed with other additives such as hydroxides, alkoxides, citrates, acetates, carbonates, (meth) acrylates, nitrates, , Halide, sulfonate, phosphate or hydrate form thereof.

상기 혼합시 환원제를 함께 혼합할 수 있다. 상기 환원제는 예컨대 Ⅰ족 원소, Ⅱ족 원소, Ⅲ족 원소 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 Ⅰ족 원소는 예컨대 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 Ⅱ족 원소는 예컨대 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 Ⅲ족 원소는 예컨대 알루미늄(Al)일 수 있다.The reducing agent may be mixed together. The reducing agent may include at least one selected from, for example, Group I elements, Group II elements, Group III elements, and combinations thereof. The Group I element may be, for example, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) or a combination thereof. The Group II element may be, for example, beryllium (Be), magnesium (Mg) (Sr), barium (Ba), or a combination thereof, and the Group III element may be aluminum (Al), for example.

상기 환원제는 상기 혼합물에 균일하게 분산되어 존재하며, 상기 환원제가 산화되는 반응은 발열반응이므로, 상기 혼합물이 균일하게 가열되도록 하여 상기 혼합물에 포함된 물질들 간의 반응이 전체적으로 균일하게 진행되도록 할 수 있다. 또한 상기 환원제가 산화되어 형성된 산화물은 생성되는 자기열 물질들 사이에 형성되고, 상기 환원제가 산화되어 형성된 물질과 상기 생성되는 자기열 물질은 서로 반응하지 않는다. 이로써, 상기 환원제가 산화되어 형성된 물질은 상기 자기열 물질의 성장을 제어할 수 있고, 이로 인해 상기 자기열 물질의 입자 크기 및 균일도를 조절할 수 있다.The reducing agent is uniformly dispersed in the mixture and the oxidation reaction of the reducing agent is an exothermic reaction so that the mixture is heated uniformly so that the reaction between the substances contained in the mixture can be uniformly performed as a whole . Also, the oxide formed by oxidizing the reducing agent is formed between the generated magnetic thermal materials, and the material formed by oxidizing the reducing agent and the generated magnetic thermal material do not react with each other. Thus, the material formed by oxidizing the reducing agent can control the growth of the magnetic thermal material, thereby controlling the particle size and uniformity of the magnetic thermal material.

상기 혼합은 예컨대 볼밀(ball mill) 공정, 어트리션밀(Attrition mil) 공정, 제트밀(jet mill) 공정, 스파이크밀(spike mill) 공정 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The mixing may be, for example, a ball mill process, an attrition mill process, a jet mill process, a spike mill process, or a combination thereof, but is not limited thereto.

상기 원료 혼합물은 소정 압력을 가하여 압축된 형태의 압축물로 준비될 수 있다.The raw material mixture may be prepared as a compressed product in a compressed form by applying a predetermined pressure.

상기 혼합물을 열처리하는 단계는 예컨대 통상적인 가열, 극초단파(microwave)를 이용한 가열, 유도 가열(induction heating), 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 등의 방법으로 이루어질 수 있으며, 예컨대 약 800 내지 1,000℃에서 약 5 내지 100 시간 동안 수행할 수 있다.The heat treatment of the mixture may be performed by, for example, conventional heating, microwave heating, induction heating, spark plasma sintering, or the like, for example, at a temperature of about 800 to 1,000 DEG C For about 5 to 100 hours.

상기 열처리는 복수 회 수행될 수 있으며, 예컨대 800 내지 1,000℃에서 약 5 내지 100 시간 동안 3회의 열처리를 수행할 수 있다. The heat treatment may be performed a plurality of times, for example, three heat treatments may be performed at 800 to 1,000 DEG C for about 5 to 100 hours.

상기 열처리는 무산소 분위기 하에서 수행될 수 있으며, 예컨대 아르곤 기체 등의 비활성 분위기, 수소 기체 등의 환원성 분위기, 또는 진공 분위기에서 수행할 수 있다.
The heat treatment may be performed in an oxygen-free atmosphere, and may be performed in an inert atmosphere such as argon gas, a reducing atmosphere such as hydrogen gas, or a vacuum atmosphere.

이하 본 기재의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 기재의 일 실시예일 뿐이며, 본 기재가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Examples and comparative examples of the present invention will be described below. However, the following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

자기열Magnetic column 물질의 제조 Manufacture of materials

실시예Example 1 및 2,  1 and 2, 비교예Comparative Example 1 및 2 1 and 2

다결정 (Mn1 - xFex)5PB2를 고체합성법으로 합성한다. 재료의 산화를 막기 위해 모든 합성과정은 아르곤으로 채워진 글러브 박스 안에서 진행한다. 재료인 Mn, Fe, P, 및 B 분말들을 얻고자 하는 조성에 따라 함량을 달리하여 칭량한다. 이어서 막자사발에 넣고 약 30분간 잘 섞어 준다. 섞인 분말을 금속 틀을 이용해 압축하여 펠렛을 만든 뒤 석영관에 넣는다. 진공 펌프를 이용하여 석영을 진공으로 만든 뒤 그 끝을 녹여서 밀봉한다. 석영에 밀봉한 시료는 전기로에서 100℃/h의 비율로 온도를 높여 800℃에 24시간 반응시킨 뒤 냉각시킨다. 글러브 박스 안에서 시료를 석영관에서 꺼낸 뒤 시료를 막자사발로 30분간 곱게 갈아주고 금속 틀을 이용해 펠렛을 만들고 진공펌프를 이용하여 석영관에 진공 상태로 밀봉한 다음 석영에 밀봉한 시료를 전기로에서 100℃/h의 비율로 가열하여 900℃에 48시간 반응시키고 다시 냉각시킨다. 다시 글러브 박스 안에서 시료를 석영관 안에서 꺼내고 시료를 막자사발로 30분간 곱게 갈아주고 금속 틀을 이용해 펠렛을 만든 뒤, 진공 펌프를 이용해 석영관에 진공 상태로 밀봉한 다음, 석영에 밀봉한 시료를 전기로에서 100℃/h의 비율로 가열하여 950℃에 48시간 반응시키고 다시 냉각시켜 하기 표 1의 조성을 가지는 자기열 물질을 얻는다. Polycrystalline (Mn 1 - x Fe x ) 5 PB 2 is synthesized by the solid synthesis method. To prevent oxidation of the material, all synthesis proceed in a glove box filled with argon. The Mn, Fe, P, and B powders, which are materials, are weighed in different amounts depending on the composition to be obtained. Then put in a bowl and mix well for about 30 minutes. Mix the powder with a metal frame to make a pellet and put it in a quartz tube. Vacuum the quartz using a vacuum pump and melt the end. The sample sealed in quartz is heated in an electric furnace at a rate of 100 ° C / h, reacted at 800 ° C for 24 hours, and cooled. The sample was taken out of the quartz tube, and the sample was finely ground with a mortar for 30 minutes. The pellet was made using a metal frame. The sample was vacuum-sealed in a quartz tube using a vacuum pump, and the quartz- Deg.] C / h, reacted at 900 [deg.] C for 48 hours, and cooled again. The sample was removed from the quartz tube again, and the sample was finely ground with a mortar for 30 minutes. The pellet was formed using a metal frame, and the sample was vacuum sealed in a quartz tube using a vacuum pump. At a rate of 100 占 폚 / h, reacted at 950 占 폚 for 48 hours, and then cooled again to obtain a magnetic thermal substance having the composition shown in Table 1 below.

(Mn1 - xFex)5PB2 (Mn 1 - x Fe x ) 5 PB 2 실시예 1Example 1 X=0.02X = 0.02 실시예 2Example 2 X=0.04X = 0.04 비교예 1Comparative Example 1 X=0.08X = 0.08 비교예 2Comparative Example 2 X=0X = 0

실시예Example 3 내지 5,  3 to 5, 비교예Comparative Example 3 내지 5 3 to 5

다결정 Mn5(P1 - xSix)B2를 고체합성법으로 합성한다. 재료의 산화를 막기 위해 모든 합성과정은 아르곤으로 채워진 글러브 박스 안에서 진행한다. 재료인 Mn, P, Si, B 분말들을 얻고자 하는 조성에 따라 함량을 달리하여 칭량한다. 이어서 막자사발에 넣고 약 30분간 잘 섞어 준다. 섞인 분말을 금속 틀을 이용해 압축하여 펠렛을 만든 뒤 석영관에 넣는다. 진공 펌프를 이용하여 석영을 진공으로 만든 뒤 그 끝을 녹여서 밀봉한다. 석영에 밀봉한 시료는 전기로에서 100℃/h의 비율로 온도를 높여 800℃에 24시간 반응시킨 뒤 냉각시킨다. 글러브 박스 안에서 시료를 석영관에서 꺼낸 뒤 시료를 막자사발로 30분간 곱게 갈아주고 금속 틀을 이용해 펠렛을 만들고 진공펌프를 이용하여 석영관에 진공 상태로 밀봉한 다음 석영에 밀봉한 시료를 전기로에서 100℃/h의 비율로 가열하여 900℃에 48시간 반응시키고 다시 냉각시킨다. 다시 글러브 박스 안에서 시료를 석영관 안에서 꺼내고 시료를 막자사발로 30분간 곱게 갈아주고 금속 틀을 이용해 펠렛을 만든 뒤, 진공 펌프를 이용해 석영관에 진공 상태로 밀봉한 다음, 석영에 밀봉한 시료를 전기로에서 100℃/h의 비율로 가열하여 930℃에 48시간 반응시키고 다시 냉각시켜 하기 표 2의 조성을 가지는 자기열 물질을 얻는다.Polycrystalline Mn 5 (P 1 - x Si x ) B 2 is synthesized by the solid synthesis method. To prevent oxidation of the material, all synthesis proceed in a glove box filled with argon. The Mn, P, Si, and B powders, which are materials, are weighed in different amounts depending on the composition to be obtained. Then put in a bowl and mix well for about 30 minutes. Mix the powder with a metal frame to make a pellet and put it in a quartz tube. Vacuum the quartz using a vacuum pump and melt the end. The sample sealed in quartz is heated in an electric furnace at a rate of 100 ° C / h, reacted at 800 ° C for 24 hours, and cooled. The sample was taken out of the quartz tube, and the sample was finely ground with a mortar for 30 minutes. The pellet was made using a metal frame. The sample was vacuum-sealed in a quartz tube using a vacuum pump, and the quartz- Deg.] C / h, reacted at 900 [deg.] C for 48 hours, and cooled again. The sample was removed from the quartz tube again, and the sample was finely ground with a mortar for 30 minutes. The pellet was formed using a metal frame, and the sample was vacuum sealed in a quartz tube using a vacuum pump. At 100 ° C / h, reacted at 930 ° C for 48 hours, and cooled again to obtain a magnetic thermal material having the composition shown in Table 2 below.

Mn5(P1 - xSix)B2 Mn 5 (P 1 - x Si x ) B 2 실시예 3Example 3 x=0.1x = 0.1 실시예 4Example 4 x=0.2x = 0.2 실시예 5Example 5 x=0.3x = 0.3 비교예 3Comparative Example 3 x=0.4x = 0.4 비교예 4Comparative Example 4 x=0.5x = 0.5 비교예 5Comparative Example 5 x=0x = 0

실시예Example 6 내지 10,  6 to 10, 비교예Comparative Example 6 6

다결정 Mn5P1 - xB2 -x를 고체합성법으로 합성한다. 재료의 산화를 막기 위해 모든 합성과정은 아르곤으로 채워진 글러브 박스 안에서 진행한다. 재료인 Mn, P, B 분말들을 얻고자 하는 조성에 따라 함량을 달리하여 칭량한다. 이어서 막자사발에 넣고 약 30분간 잘 섞어 준다. 섞인 분말을 금속 틀을 이용해 압축하여 펠렛을 만든 뒤 석영관에 넣는다. 진공 펌프를 이용하여 석영을 진공으로 만든 뒤 그 끝을 녹여서 밀봉한다. 석영에 밀봉한 시료는 전기로에서 100℃/h의 비율로 온도를 높여 300℃에 12시간, 700℃에 48시간 반응시킨 뒤 냉각시킨다. 글러브 박스 안에서 시료를 석영관에서 꺼낸 뒤 시료를 막자사발로 30분간 곱게 갈아주고 금속 틀을 이용해 펠렛을 만들고 진공펌프를 이용하여 석영관에 진공 상태로 밀봉한 다음 석영에 밀봉한 시료를 전기로에서 100℃/h의 비율로 가열하여 800℃에 48시간 반응시키고 다시 냉각시킨다. 다시 글러브 박스 안에서 시료를 석영관 안에서 꺼내고 시료를 막자사발로 30분간 곱게 갈아주고 금속 틀을 이용해 펠렛을 만든 뒤, 진공 펌프를 이용해 석영관에 진공 상태로 밀봉한 다음, 석영에 밀봉한 시료를 전기로에서 100℃/h의 비율로 가열하여 900℃에 48시간 반응시키고 다시 냉각시켜 하기 표 3의 조성을 가지는 자기열 물질을 얻는다.It synthesizes B x 2 -x the solid synthesis-polycrystalline Mn 5 P 1. To prevent oxidation of the material, all synthesis proceed in a glove box filled with argon. The Mn, P and B powders, which are the materials, are weighed in different amounts depending on the composition to be obtained. Then put in a bowl and mix well for about 30 minutes. Mix the powder with a metal frame to make a pellet and put it in a quartz tube. Vacuum the quartz using a vacuum pump and melt the end. The sample sealed in quartz is heated in an electric furnace at a rate of 100 ° C / h for 12 hours at 300 ° C and for 48 hours at 700 ° C, followed by cooling. The sample was taken out of the quartz tube, and the sample was finely ground with a mortar for 30 minutes. The pellet was made using a metal frame. The sample was vacuum-sealed in a quartz tube using a vacuum pump, and the quartz- Lt; 0 &gt; C / h, reacted at 800 DEG C for 48 hours, and cooled again. The sample was removed from the quartz tube again, and the sample was finely ground with a mortar for 30 minutes. The pellet was formed using a metal frame, and the sample was vacuum sealed in a quartz tube using a vacuum pump. At a rate of 100 占 폚 / h, reacted at 900 占 폚 for 48 hours, and cooled again to obtain a magnetic thermal substance having the composition shown in Table 3 below.

Mn5P1 - xB2 -x Mn 5 P 1 - x B 2 -x 실시예 6 Example 6 x=0.025x = 0.025 실시예 7Example 7 x=0.05x = 0.05 실시예 8Example 8 x=0.075x = 0.075 실시예 9Example 9 x=0.1x = 0.1 실시예 10Example 10 x=0.2x = 0.2 비교예 6Comparative Example 6 x=0x = 0

평가evaluation

평가 1Rating 1

실시예 1 내지 10과 비교예 1 내지 6에서 얻은 자기열 물질을 X선 회절 분석법을 사용하여 결정 구조를 확인한다.The crystal structures of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 are confirmed by X-ray diffraction analysis.

그 결과는 도 1 내지 3에서 보여준다.The results are shown in Figures 1-3.

도 1은 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 X선 회절 분석 그래프이고, 도 2는 실시예 3 내지 5, 그리고 비교예 3 및 4에서 얻은 자기열 물질의 X선 회절 분석 그래프이고, 도 3은 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 X선 회절 분석 그래프이다. Fig. 1 is an X-ray diffraction analysis graph of the magnetic thermal material obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, Fig. 2 is a graph showing X-ray diffraction patterns of the magnetoresistive materials obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 and 4 Ray diffraction analysis graph, and FIG. 3 is an X-ray diffraction analysis graph of the magnetic thermal material obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6. FIG.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 6에서 얻은 자기열 물질은 결정 구조가 상호간에 실질적으로 동일하고, 다른 불순물 상이 보이지 않음을 확인할 수 있다.
Referring to FIGS. 1 to 3, it can be seen that the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 have substantially the same crystal structure, and no other impurity phase is seen.

평가 2Rating 2

실시예 1 내지 10과 비교예 1 내지 6에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화(magnetization) 곡선의 변화를 평가한다.The change in magnetization curve according to the temperature of the magnetic thermal material obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 is evaluated.

그 결과는 도 4 내지 6에서 보여준다.The results are shown in Figures 4-6.

도 4는 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화 곡선을 비교한 그래프이고, 도 5는 실시예 3 내지 5, 비교예 3 및 4에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화 곡선을 비교한 그래프이고, 도 6은 실시예 6 내지 10, 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 온도에 따른 자화 곡선을 비교한 그래프이다.FIG. 4 is a graph comparing the magnetization curves of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 with temperature, FIG. 5 is a graph comparing the magnetization curves of the magnetoresistive materials obtained in Examples 3 and 5, FIG. 6 is a graph comparing the magnetization curves of the magnetic thermal materials obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6 according to the temperature. FIG.

도 4 내지 도 6에서, 최대 기울기를 나타내는 지점의 온도를 자기 상전이 온도로 정의할 수 있다.4 to 6, the temperature at the point showing the maximum slope can be defined as the magnetic phase transition temperature.

도 4를 참고하면, 실시예 2에 따른 자기열 물질(x=0.04)이 자기 상 전이 온도 부근에서 자화도가 가장 높아지는 것을 알 수 있다. 도 5를 참고하면, 실시예 5에 따른 자기열 물질(x = 0.3)이 자기 상 전이 온도 부근에서 자화도가 가장 높아지는 것을 알 수 있다. 도 6을 참고하면, 실시예 9에 따른 자기열 물질(x = 0.1)이 자기 상 전이 온도 부근에서 자화도가 가장 높아지는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4, it can be seen that the magnetization degree of the magnetoresistive material (x = 0.04) according to Example 2 is the highest at around the magnetic phase transition temperature. Referring to FIG. 5, it can be seen that the magnetization degree of the magnetic thermal substance (x = 0.3) according to Example 5 is the highest at around the magnetic phase transition temperature. Referring to FIG. 6, it can be seen that the magnetization degree of the magnetic thermal substance (x = 0.1) according to Example 9 is the highest in the vicinity of the magnetic phase transition temperature.

평가 3Rating 3

실시예 1 내지 10과 비교예 1 내지 6에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도 추이를 평가한다.The magnetic phase transition temperature trends of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 are evaluated.

그 결과는 도 7 내지 9에서 보여준다.The results are shown in Figs. 7-9.

도 7은 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도를 보여주는 그래프이고, 도 8은 실시예 3 내지 5, 비교예 3 내지 5에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도를 보여주는 그래프이고, 도 9는 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 자기 상전이 온도를 보여주는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing the magnetic phase transition temperatures of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, FIG. 8 is a graph showing the magnetic phase transition of the magnetic thermal material obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 5 FIG. 9 is a graph showing the magnetic phase transition temperatures of the magnetic thermal materials obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6. FIG.

도 7을 참고하면, 망간을 철로 치환함에 따라 자기 상전이 온도가 증가함을 알 수 있다. 도 8을 참고하면, 인을 규소로 치환함에 따라 자기 상전이 온도가 증가함을 알 수 있다. 도 9를 참고하면, 붕소 첨가물의 양에 따라 상전이 온도가 크게 변화하지 않음을 알 수 있다. 또한 도 9를 참고하면, 자기이력곡선이 x=0.1에서 크게 감소함을 알 수 있는데, 이는 열 과정에 필요한 잠열이 낮아져 자기냉각효과의 효율이 높아졌음을 의미한다.
Referring to FIG. 7, it can be seen that the magnetic phase transition temperature increases as manganese is replaced with iron. Referring to FIG. 8, it can be seen that the magnetic phase transition temperature is increased by replacing phosphorus with silicon. Referring to FIG. 9, it can be seen that the phase transition temperature does not vary greatly depending on the amount of the boron additive. Also, referring to FIG. 9, it can be seen that the magnetic hysteresis curve decreases greatly at x = 0.1, which means that the latent heat required for the heat process is lowered, thereby increasing the efficiency of the self-cooling effect.

평가 4Rating 4

실시예 1 내지 10과 비교예 1 내지 6에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화(magnetization) 곡선의 변화를 평가한다.The change in magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 is evaluated.

그 결과는 도 10 내지 19에서 보여준다.The results are shown in Figures 10-19.

도 10은 실시예 1에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 11은 실시예 2에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 12는 비교예 1에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 13은 비교예 2에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 14는 실시예 3에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 15는 실시예 4에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 16은 실시예 5에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 17은 비교예 3에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 18은 실시예 10에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 19는 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 자기장에 따른 자화 곡선을 보여주는 그래프이다.
FIG. 10 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 1, FIG. 11 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 2, FIG. 13 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 2, and FIG. 14 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 3. FIG. 15 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 4. FIG. 16 is a graph showing a magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Example 5. FIG. 17 is a graph showing the magnetization curve according to the magnetic field of the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 3, and FIG. 18 is a graph showing the magnetization curve according to Example 10 And that shows the magnetization curve of the magnetic field of the magnetic material standing column obtained graph, Figure 19 is a graph showing the magnetization curve of the magnetic field of the magnetic column material obtained in Comparative Example 6.

평가 5Rating 5

실시예 1 내지 10과 비교예 1 내지 6에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 평가한다. 자기 엔트로피 변화는 평가 4에 따른 자화도 변화를 통해 멕스웰 관계식을 사용하여 계산한다.The magnetic entropy changes of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 are evaluated. The magnetic entropy change is calculated using the McWell relational expression through the change in magnetization according to evaluation 4.

그 결과는 도 20 내지 22에서 보여준다.The results are shown in Figures 20-22.

도 20은 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 보여주는 그래프이고, 도 21은 실시예 3 내지 5, 그리고 비교예 3 내지 5에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 보여주는 그래프이고, 도 22는 실시예 6 내지 10, 그리고 비교예 6에서 얻은 자기열 물질의 자기 엔트로피 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 20 is a graph showing magnetic entropy changes of the magnetic thermal materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, FIG. 21 is a graph showing the magnetic enthalpy change of the magnetic thermal material obtained in Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 5 FIG. 22 is a graph showing magnetic entropy changes of the magnetic thermal materials obtained in Examples 6 to 10 and Comparative Example 6. FIG.

도 20을 참고하면, 실시예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질은 비교예 1 및 2에서 얻은 자기열 물질과 비교하여 자기 엔트로피 변화를 명확하게 확인할 수 있으며, 특히 실시예 2 (x=0.04)에 따른 자기열 물질의 엔트로피 변화는 치환하기 이전인 비교예 2 (x=0)에 따른 자기열 물질의 엔트로피 변화와 비교하여 약 10% 증가하였음을 알 수 있다. Referring to FIG. 20, the magnetic thermal material obtained in Examples 1 and 2 can clearly confirm a change in magnetic entropy as compared with the magnetic thermal materials obtained in Comparative Examples 1 and 2. In particular, in Example 2 (x = 0.04) It can be seen that the entropy change of the magnetic thermal material according to Comparative Example 2 (x = 0) before the replacement was increased by about 10% as compared with the entropy change of the magnetic thermal substance.

도 21을 참고하면, 실시예 3 내지 5에서 얻은 자기열 물질은 비교예 3 내지 5에서 얻은 자기열 물질과 비교하여 자기 엔트로피 변화를 명확하게 확인할 수 있으며, 특히 실시예 5 (x=0.3)에 따른 자기열 물질의 엔트로피 변화는 치환하기 이전인 비교예 5 (x=0)에 따른 자기열 물질의 엔트로피 변화와 비교하여 약 22% 증가하였음을 알 수 있다. Referring to FIG. 21, the magnetic thermal materials obtained in Examples 3 to 5 can clearly confirm a change in magnetic entropy as compared with the magnetic thermal materials obtained in Comparative Examples 3 to 5, and in particular, in Example 5 (x = 0.3) It can be seen that the entropy change of the magnetic thermal substance according to Comparative Example 5 (x = 0) before the replacement was increased by about 22% as compared with the entropy change of the magnetic thermal substance.

도 22를 참고하면, 실시예 6 내지 10에서 얻은 자기열 물질은 비교예 6에서 얻은 자기열 물질과 비교하여 자기 엔트로피 변화를 명확하게 확인할 수 있으며, 특히 실시예 10 (x=0.2)에 따른 자기열 물질의 엔트로피 변화는 치환하기 이전인 비교예 6 (x=0)에 따른 자기열 물질의 엔트로피 변화와 비교하여 약 18% 증가하였음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 22, the magnetic thermal material obtained in Examples 6 to 10 can clearly confirm a change in magnetic entropy as compared with the magnetic thermal material obtained in Comparative Example 6, It can be seen that the entropy change of the thermal material is increased by about 18% compared with the entropy change of the magnetic thermal substance according to Comparative Example 6 (x = 0) before substitution.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

Claims (16)

하기 일반식 1로 표현되는 물질, 하기 일반식 2로 표현되는 물질, 하기 일반식 3으로 표현되는 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 자기열 물질:
[일반식 1]
(Mn1 - x Tm x )5PB2
상기 일반식 1에서,
Tm은 전이금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,
0.02≤x≤0.04를 만족한다.
[일반식 2]
Mn5P1 - y A y B2
상기 일반식 2에서,
A는 준금속 원소 및 비금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,
0.1≤y≤0.3을 만족한다.
[일반식 3]
Mn5P1 - zB2 +z
상기 일반식 3에서,
0<z<1을 만족한다.
A magnetoresistive material comprising a material represented by the following general formula (1), a material represented by the following general formula (2), a material represented by the following general formula (3)
[Formula 1]
(Mn 1 - x Tm x ) 5 PB 2
In the general formula 1,
Tm is at least one selected from transition metal elements,
0.02? X? 0.04.
[Formula 2]
Mn 5 P 1 - y A y B 2
In the general formula 2,
A is at least one selected from a metalloid element and a nonmetal element,
0.1? Y? 0.3.
[Formula 3]
Mn 5 P 1 - z B 2 + z
In the general formula 3,
0 &lt; z < 1.
제1항에서,
상기 Tm은 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, 및 Zn 중에서 선택된 1종 이상인 자기열 물질.
The method of claim 1,
Wherein the Tm is at least one selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn.
제1항에서,
상기 A는 Si, As, Ge, 및 S 중에서 선택된 1종 이상인 자기열 물질.
The method of claim 1,
Wherein A is at least one selected from Si, As, Ge, and S.
제1항에서,
상기 z는 0.075≤z<1을 만족하는 자기열 물질.
The method of claim 1,
And z satisfies 0.075? Z < 1.
제1항에서,
상기 z는 0.1≤z<1을 만족하는 자기열 물질.
The method of claim 1,
Z is a magnetic thermal substance satisfying 0.1? Z < 1.
제1항에서,
하기 일반식 1a로 표현되는 자기열 물질:
[일반식 1a]
(Mn1 - x Fe x )5PB2
상기 일반식 1a에서,
0.02≤x≤0.04를 만족한다.
The method of claim 1,
Magnetic thermal material represented by the following formula 1a:
[Formula 1a]
(Mn 1 - x Fe x ) 5 PB 2
In the general formula (1a)
0.02? X? 0.04.
제1항에서,
하기 일반식 2a로 표현되는 자기열 물질:
[일반식 2a]
Mn5P1 - y Si y B2
상기 일반식 2a에서,
0.1≤y≤0.3을 만족한다.
The method of claim 1,
Magnetic thermal material represented by the following formula 2a:
[Formula 2a]
Mn 5 P 1 - y Si y B 2
In the general formula 2a,
0.1? Y? 0.3.
제1항에서,
상기 자기열 물질의 입자 크기는 1nm 내지 100㎛인 자기열 물질.
The method of claim 1,
Wherein the magnetic thermal material has a particle size of 1 nm to 100 μm.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 자기열 물질을 포함하는 제품.9. An article comprising a magnetorheological material according to any one of claims 1 to 8. 제9항에서,
2종 이상의 자기열 물질을 포함하는 제품.
The method of claim 9,
A product comprising two or more magnetic thermal materials.
제9항에서,
자기냉각 장치, 자기열 발전기, 자기열 펌프 및 전자파 차폐제를 포함하는 제품.
The method of claim 9,
Magnetic cooling apparatus, magnetic heat generator, magnetic heat pump, and electromagnetic shielding agent.
자기열 물질의 제조방법으로서,
원료 혼합물을 얻는 단계; 그리고
상기 원료 혼합물을 열처리하는 단계
를 포함하고,
상기 자기열 물질이 하기 일반식 1로 표현되는 물질, 하기 일반식 2로 표현되는 물질, 하기 일반식 3으로 표현되는 물질, 또는 이들의 조합을 포함하는 자기열 물질의 제조방법:
[일반식 1]
(Mn1 - x Tm x )5PB2
상기 일반식 1에서,
Tm은 전이금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,
0.02≤x≤0.04를 만족한다.
[일반식 2]
Mn5P1 - y A y B2
상기 일반식 2에서,
A는 준금속 원소 및 비금속 원소 중에서 선택된 1종 이상이고,
0.1≤y≤0.3을 만족한다.
[일반식 3]
Mn5P1 - zB2 +z
상기 일반식 3에서,
0<z<1을 만족한다.
A method of manufacturing a magnetic thermal material,
Obtaining a raw material mixture; And
Heat treating the raw material mixture
Lt; / RTI &gt;
Wherein the magnetic thermal material comprises a substance represented by the following Formula 1, a substance represented by the following Formula 2, a substance represented by the following Formula 3, or a combination thereof:
[Formula 1]
(Mn 1 - x Tm x ) 5 PB 2
In the general formula 1,
Tm is at least one selected from transition metal elements,
0.02? X? 0.04.
[Formula 2]
Mn 5 P 1 - y A y B 2
In the general formula 2,
A is at least one selected from a metalloid element and a nonmetal element,
0.1? Y? 0.3.
[Formula 3]
Mn 5 P 1 - z B 2 + z
In the general formula 3,
0 < z < 1.
제12항에서,
상기 열처리는 800℃ 내지 1,000℃의 온도에서 진행되는 자기열 물질의 제조방법.
The method of claim 12,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C to 1,000 ° C.
제13항에서,
상기 열처리는 3회 이상 진행되는 자기열 물질의 제조방법.
The method of claim 13,
Wherein the heat treatment is performed three times or more.
제12항에서,
상기 열처리는 무산소 분위기 하에서 진행되는 자기열 물질의 제조방법.
The method of claim 12,
Wherein the heat treatment is performed in an oxygen-free atmosphere.
제12항에서,
상기 자기열 물질의 입자 크기는 1nm 내지 100㎛인 자기열 물질의 제조방법.
The method of claim 12,
Wherein the magnetic thermal material has a particle size of 1 nm to 100 탆.
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