双钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6磁熵变及其调控

The traditional refrigerant has low efficiency, and freon destroys the atmospheric ozone layer. Magnetic refrigeration is a kind of recyclable green refrigeration material. The Curie temperature of double perovskite oxide Sr2FeMoO6 (SFMO) can change during 300K-525K due to the influence of preparation and element doping. SFMO has been considered as one of the most potential applications of high temperature magnetic refrigeration materials due to the material has large magnetic entropy change behavior near the Curie temperature. In this project, we take SFMO as the research object in order to investigate following study: (1) the narrow-band d orbit element doping effect on magnetic property and magnetic entropy of SFMO; (2) the characterization of constituent element order and the effect on magnetic property of SFMO; (3) looking for ways to enhance the magnetic entropy change of SFMO material above room temperature zone. By this project, we propose to modulate large magnetic entropy change behavior in high temperature region, and explore new type of high temperature magnetic refrigeration material. Room temperature and above room temperature magnetic refrigeration has been difficult so far. Research of applicable high temperature magnetic refrigeration material has important economic value and social significance.

目前室温制冷大多为传统制冷技术，使用的制冷介质为氟利昂，其制冷效率低且破坏大气臭氧层。磁制冷材料能有效地克服传统制冷剂的弊端。通过制备工艺的改变和元素掺杂双钙钛矿型氧化物Sr2FeMoO6(SFMO)的居里温度可在300K-525K温区内变化。居里温度附近的大磁熵变行为使SFMO成为非常有可能实现应用的高温磁制冷材料之一。本项目以SFMO为研究对象，研究：（1）窄带d轨道元素掺杂对SFMO磁性和磁熵变的影响；（2）组元有序度表征及对磁熵变的作用；（3）寻找提升SFMO材料室温以上温区磁熵变的途径。期待通过本项目的顺利开展，实现高温区大磁熵变行为的调控，挖掘新型高温磁制冷材料。室温及室温以上的磁制冷存在较大困难，研发高温区磁制冷材料具有重要的经济价值和社会意义。

本项目在过去的三年中，紧紧围绕项目计划任务书开展研究工作。目前室温制冷大多为传统制冷技术，使用的制冷介质为氟利昂，其制冷效率低且破坏大气臭氧层。磁制冷材料能有效地克服传统制冷剂的弊端。通过制备工艺的改善和元素掺杂双钙钛矿型氧化 Sr2FeMoO6(SFMO)的居里温度可在300K-525K温区内变化。居里温度附近的大磁熵变行为使SFMO成为非常有可能实现应用的高温磁制冷材料之一。本项目以SFMO为研究对象，从元素掺杂、制备工艺、热处理方式、晶格应变等角度出发，对SFMO材料高温磁熵变性能进行了研究。利用高温固相反应法合成Eu/Ba共掺杂双钙钛矿SFMO化合物，并对系列材料进行XRD、SEM、XPS以及VSM测试。通过GSAS精修软件对XRD结果进行了分析。根据等温磁化曲线得到相图，由相图可知该系列材料属于二级相变。Sr1.8Eu0.13Ba0.07FeMoO6样品在外加场为3T条件下，最大磁熵变可以达到0.76 J kg−1 K−1，而SFMO在相同外加场下只有 0.50 J kg−1 K−1。采用固相反应法制备了Gd/Ba共掺杂双钙钛矿SFMO化合物，研究了晶体结构、反位缺陷、微观结构、磁熵变等性能。采用溶胶凝胶法制备了Sr位Al掺杂的双钙钛矿SFMO化合物，研究了制备工艺和Al掺杂对晶体结构、反位缺陷、微观结构、磁熵变等性能的影响。溶胶-凝胶法制备了Sr位Nd掺杂的双钙钛矿SFMO化合物。样品x=0.01、0.03和0.05的居里温度分别为378 K、367K和380K。H/M–M2曲线分析表明，所有样品均存在二级相变。当外加磁场为2.5T时，SNFMO的最大磁熵变值为1.23 J kg−1K−1。采用溶胶-凝胶法制备了Sr2FeMo（1-x）O6样品。由扫描电子显微镜图片得出x＝0.00、0.01、0.03和0.04的样品的粒径大小分别为1.26、1.32、1.27和1.19μm。 通过PPMS测量的电阻率与温度的关系曲线表明所有样品均表现出半导体行为。场冷和等温磁化曲线显示出样品呈现从铁磁态到顺磁态的转变。在2.5T的磁场下，样品的磁熵变分别为0.53、0.6、0.58和0.57Jkg-1K-1。项目执行期间发表研究论文22篇，培养已毕业硕士研究生5名，在读硕士研究生3名。