一种低温磁制冷材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于磁制冷材料技术领域，具体涉及一种低温磁制冷材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种低温磁制冷材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于磁制冷材料
，具体涉及一种低温磁制冷材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]磁制冷技术是基于磁热效应的一种新型固态制冷技术
。
磁热效应是磁性材料在外加磁场发生变化时，磁矩有序度发生变化，即磁熵发生改变，导致材料自身发生吸热或放热的现象
。
当前主流的低温制冷技术是3He
稀释制冷技术，然而3He
是极其稀缺的战略资源，几乎无法自然提取
。
与3He
稀释制冷技术相比，磁制冷技术采用的是固态制冷工质无需昂贵的3He
战略资源
。
而且磁制冷技术具有节能高效
、
稳定可靠
、
寿命长等诸多有点
。
因此，在低温制冷领域磁制冷技术展现了极大的优势，已经吸引了大量研究者的关注
。
[0003]磁制冷材料是磁制冷技术实际应用的关键
。
稀土基化合物因其具有大磁热效应，低磁相变温度等特征，已经成为磁制冷材料领域研究的焦点之一
。
[0004]专利文献
CN108840364A
公开了一种无机钆基配合物晶体及其制备方法，该磁制冷材料在0‑
2T
磁场变化下的最大磁熵变约为
28J/(kg
·
K)
，是一种较好的磁制冷材料
。
但是，该晶体制备过程存在实验条件苛刻
、
能耗大
、
生长周期长等问题，不仅需要用到带聚四氟乙烯反应釜的不锈钢高压反应容器，而且需要在
180℃
下晶化7天才能得到结晶性良好的晶体，不利于工业化生产
。
[0005]专利文献
CN104559944A
公开了一种含稀土氢氧化物的磁制冷材料及其制备方法，该磁制冷材料的组成式为
Gd(OH)
8/3
Cl
1/3
，在
3K
左右其在0‑
5T
磁场变化下的最大磁熵变为
48J/(kg
·
K)
，而在0‑
7T
磁场变化下的最大磁熵变高达
60J/(kg
·
K)
，具有较大的低温磁热效应
。
然而，在该磁制冷材料制备过程中需要用到大量的盐酸和氢氧化钠，这些强酸强碱的使用不可避免地会对环境造成污染，难以实现大规模生产
。
[0006]Mater.Today Phys.27(2022)100810
报道了一种磁制冷材料
Gd2GeO5，该磁制冷材料的磁相变温度
<2K
，在
3K
附近0‑
8.9T
的磁场变化下的最大磁熵变为
50J/(kg
·
K)
，绝热温变为
22.2K
，其磁热性能优于大多数报道的传统磁热材料，使该磁制冷材料成为现有商业磁制冷剂的一个很好的替代品
。
然而，该磁制冷材料在0‑
2T
低磁场下的磁熵变仅为
9J/(kg
·
K)
，这表明该磁制冷材料的应用需要较高的驱动磁场，应用成本较高
。
[0007]J.Am.Chem.Soc.137(2015)15988
‑
15991
报道了一种性能优异的磁制冷材料，该材料为
[Ln
60
]纳米笼组装的超强耐碱镧系分子筛，具有极高的稳定性，这些化合物具有极高的稳定性，在沸水
、
盐酸和氢氧化钠水溶液中处理后仍保持单一结晶度
。
其中，
[Gd
60
]纳米笼磁制冷材料在
2K
附近0‑
7T
的磁场变化下的最大磁熵变为
61J/(kg
·
K)
，这是迄今为止已知的最大值之一
。
然而，该材料在0‑
2T
的低磁场变化下的磁熵仅为
10J/(kg
·
K)
，同样需要较高的驱动磁场，使其实际应用受限
。
[0008]因此，针对目前磁制冷材料制备过程中制备周期长
、
对环境污染大以及低场磁熵变小等问题，有必要开发一种工艺简单，且制备周期较短，磁制冷效果优异的磁制冷材料
。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供一种低温磁制冷材料及其制备方法和应用
。
本专利技术制得的低温磁制冷材料在低温下具有很强的磁热效应，同时低温磁制冷材料的制备工艺简单，适合大规模工业化生产，在低温磁制冷领域中具有广阔的应用前景
。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种低温磁制冷材料，所述低温磁制冷材料的化学式为
Eu2MgSi2O7，该材料磁相变温度
<2K
，在
2.5K
温度具有大的磁热效应
。
[0011]优选地，所述磁制冷材料在
2.5K
温度下在磁场变化为0‑
2T
时的最大磁熵变
≤28J/(kg
·
K)。
[0012]优选地，所述磁制冷材料在
2.5K
温度下在磁场变化为0‑
5T
时的最大磁熵变
≤54J/(kg
·
K)。
[0013]优选地，所述磁制冷材料在
2.5K
温度下在磁场变化为0‑
7T
时的最大磁熵变
≤61J/(kg
·
K)。
[0014]优选地，所述低温磁制冷材料属于四方晶系，空间群为晶胞参数为晶胞参数为
α
＝
β
＝
γ
＝
90
°
。
[0015]本专利技术制得的低温磁制冷材料
Eu2MgSi2O7，是一种具有巨磁热效应的材料，所述磁制冷材料中
Eu
离子以二价存在，
Eu
2+
的高离子磁矩能够在较低温下提供更大的磁饱和磁化强度，在低温区
(
＜
2K)
该材料表现出很大的磁热效应
。Eu2MgSi2O7晶体结构中
Eu
2+
离子的准二维结构使得磁化强度在磁场驱动下易于饱和，在0‑
2T、0
‑
5T、0
‑
7T
磁场下均具有较大的磁熵变值，能够实现较好的磁制冷效果，是一种性能优异的低温磁制冷材料
。
[0016]本专利技术还请求保护一种所述低温磁制冷材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低温磁制冷材料，其特征在于，所述低温磁制冷材料的化学式为
Eu2MgSi2O7，该材料磁相变温度
<2K
，在
2.5K
温度具有磁热效应
。2.
如权利要求1所述低温磁制冷材料，其特征在于，至少包括以下
(1)
～
(3)
中的一项：
(1)
所述磁制冷材料在
2.5K
温度下在磁场变化为0‑
2T
时的最大磁熵变
≤28J/(kg
·
K)
；
(2)
所述磁制冷材料在
2.5K
温度下在磁场变化为0‑
5T
时的最大磁熵变
≤54J/(kg
·
K)
；
(3)
所述磁制冷材料在
2.5K
温度下在磁场变化为0‑
7T
时的最大磁熵变
≤61J/(kg
·
K)。3.
如权利要求1所述低温磁制冷材料，其特征在于，所述低温磁制冷材料属于四方晶系，空间群为晶胞参数为
α
＝
β
＝
γ
＝
90
°
。4.
一种如权利要求1～3任一所述低温磁制冷材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈俊，巩建建，莫兆军，张磊，高新强，李振兴，谢慧财，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：