(La-Ce-Pr-Nd)1Fe13-xSix合金的物相結構和磁熱性能研究*

王高峰,顧慶典,劉鑫,任偉

(1.內蒙古科技大學 理學院,內蒙古 包頭 014030;2.內蒙古科技大學 白云鄂博礦多金屬資源綜合利用重點實驗室,內蒙古 包頭 014030)

磁制冷被認為是能夠替代傳統的氣體膨脹-壓縮式制冷的新型制冷技術.磁制冷是利用磁性材料磁熱效應達到制冷目的的,以固體材料作為制冷工質,具有高效率、低能耗、且對環境友好的等優點[1-3].磁制冷技術已經被成功應用于低溫領域,但在室溫領域還未實現商業化.因此,發現和開發具有大磁熱效應的磁性材料對實現室溫制冷具有重要意義.

自金屬Gd的磁熱效應被報道以來,許多磁熱材料被相繼報道[4-7].其中,NaZn13型LaFe13-xSix合金因具有優異的磁熱性能而備受關注.2001年,Hu等發現LaFe11.4Si1.6合金的巨磁熱效應,該合金在5 T的外磁場變化下的最大等溫磁熵變(ΔST)為19.4 J/kgK[8].當x=1.3～1.56時,LaFe13-xSix合金具有巨磁熱效應,隨著Si含量的增加磁熱效應降低[9].Anh等研究部分Nd替代La對La1-xNdxFe11.44Si1.56的磁性能的影響,結果表明,當Nd含量從0增加到0.3時,合金在5T的外磁場下的最大ΔST值從12.6 J/kgK減小為9.7 J/kgK,但是由于磁熱效應峰拓寬,合金的相對制冷能力提高[10].Fujieda等研究了La1-xCexFe11.44Si1.56合金的磁性能,研究發現,當Ce的替代量從0增加到0.3時,當外磁場變化1 T時,合金的最大ΔST從19.0 J/kgK增大到28.0 J/kgK[11].與Ce相似,Pr替代La也能提高La(Fe,Si)13合金的磁熱效應[12].最近,Bao等研究了用(La-Ce-Pr-Nd)混合稀土部分替代La后La(Fe,Si)13合金及其氫化物的磁熱性能[13].他們指出采用混合稀土替代La并不破壞合金NaZn13型結構相的形成,并且名義成分為La0.7(Ce,Pr,Nd)0.3Fe11.6Si1.4的合金及其氫化物都具有大磁熱效應.混合稀土的……