mn基室温磁制冷材料的结构及磁热效应的研究

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1、中文图书分类号：TG273密级：公开UDC：31学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：Mn基室温磁制冷材料的结构及磁热效应的研究论文作者：陈杰学科：材料科学与工程指导教师：张久兴教授论文提交日期：2017年5月UDC：31学校代码：10005中文图书分类号：TG273学号：S201409074密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：Mn基室温磁制冷材料的结构及磁热效应的研究英文题目：STRUCTUREANDMAGNETOCALORICEFFECTOFMn-BASEDROOM

2、TEMPERATUREMAGNETICREFRIGRANTMATERIALS论文作者：陈杰学科：材料科学与工程研究方向：新型功能材料申请学位：工学硕士指导教师：张久兴教授所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何

3、贡献均在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：陈杰日期：2017年05月29日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：陈杰日期：2017年05月29日导师签名：张久兴日期：2017年05月29日摘要摘要随着环境问题以及能源危机的日益严重，人类对新型节能环保的制冷技术有了强烈的需求。在众多的新兴制冷技术中，磁制冷技术

4、以其独特的优势迎合了社会发展的需求，成为最有潜力的一种传统制冷替代技术。这种基于磁热效应（MCE）的制冷技术有能量转换效率高、环境友好、噪音小等优势。磁制冷技术的核心是寻找成本低廉、无毒害、制冷区间大以及制冷效率高的制冷工质材料，这也成为科研人员的一个重要努力方向。近年来，具有马氏体相变的Mn基材料由于其潜在的大磁熵变而成为研究的热点。在此背景下，本工作选择MnNiSi基化合物，通过等结构合金化等成分设计手段，系统研究了其结构、相稳定性、和磁热效应方面的特性。首先，研究了Mn0.4Fe0.6NiSi1-xGax系列合金的

5、结构、相变、磁性能和磁热效应。在Mn0.4Fe0.6NiSi合金基础上以少量的Ga替代Si，随着Ga含量的增加，室温下合金晶体结构逐渐由正交结构向六角结构转变，而相应的结构相变温度也由高温向低温移动。在此基础上获得了覆盖室温且宽达275K的居里温度窗口（CTW）。处在温度窗口中的x=0.04和0.06两个样品在3T外磁场变化下的最大磁熵变（-∆SM）分别达到了13.6J/kgK、7.8J/kgK，制冷能力(RC)值分别为110J/kg和136J/kg。其次，为了进一步优化该合金体系的性能，分别研究了Mn0.6Fe0.4N

6、iSi1-xGax和Mn0.8Fe0.2NiSi1-xGax系列合金样品。其室温下晶体结构以及结构相变温度的变化规律与Mn0.4Fe0.6NiSi1-xGax系列合金相同。但Mn0.6Fe0.4NiSi1-xGax和Mn0.8Fe0.2NiSi1-xGax系列样品中得到的居里温度窗口更宽，分别为332K和328K。这样一来，整个(MnFe)Ni(SiGa)体系的可实现磁共结构耦合转变的温度区间（即CTW）为406K，覆盖了从128K至534K的极宽温度范围。在该系列中，Fe含量的降低使合金中六角结构相的居里温度(Tc)升

7、高，同时使合金铁磁态饱和磁化强度(Ms)明显得到提高。其中，Mn0.8Fe0.2NiSi1-xGax系列合金相对于Mn0.6Fe0.4NiSi1-xGax的Ms平均升高约14emu/g。磁性的提高直接促使磁热效应增强，Mn0.6Fe0.4NiSi1-xGax合金在3T变化场下的ΔSmax普遍达到20J/kgK以上。而在Mn0.8Fe0.2NiSi0.84Ga0.16合金中则获得了该体系最大的磁熵变以及RC值，3T变化场下最大磁熵变为48.2J/kgK，RC值为197J/kg。最后，研究了在Mn、Ni位置上引入新的磁性元素

8、Co，同时使用Ge部分替代Si对MnNiSi体系的相变及磁性的影响。单纯通过Co的引入并不能实现对CTW的构建，但是通过主族元素的同时替代，在(MnNiSi)1-x(Co2Ge)x合金体系中I北京工业大学工学硕士学位论文成功的将相变温度降低至250K以下，并且获得了宽达221K的居里温度窗口。但是，Co的引入没能带来