磁制冷材料的滞后现象对制冷能力的影响

为进一步提高磁制冷材料的磁热效应，改善制冷能力。本研究拟以La(Fe, Si)13和Ni-Mn-Ga为研究对象，深入探索滞后现象对制冷能力的影响。重点研究能带结构变化与滞后现象、磁热效应之间的关系，深入理解滞后现象的物理机制，探索改善滞后且保持大磁热效应的方法。采用电弧熔炼、熔融甩带、高温短时热处理等不同的制备工艺以及调节不同压力等方法，详细考察上述方法对材料的微观组织结构，热滞和磁滞的变化、等温磁熵变及绝热温变等的影响，并分析滞后产生过程中组织结构及磁热效应的变化规律。采用不同方法(制冷能力值RC，相对制冷能力RCP，有效制冷能力RCeff)对不同相变性质的磁制冷材料制冷能力进行评估，找到有效而可靠的评估方法。研究具有滞后的一级相变磁熵变大，而有效制冷能力被降低之间的矛盾，分析磁滞损耗对制冷能力的影响规律，建立二者之间的数学模型，并利用其为指导，研究出小滞后，高制冷能力的新型磁制冷材料。

为进一步提高磁制冷材料的磁热效应，改善制冷能力。本研究以La(Fe, Si)13和Ni-Mn-X为主要研究对象，深入研究了滞后现象对制冷能力的影响。研究发现间隙原子C有利于La(Fe, Si)13材料中NaZn13(1:13)型结构的形成，同时C原子的引入减缓了材料的吸放氢过程，有利于精确控制材料的吸氢量和居里温度。同时，加入C和H能提高La(Fe, Si)13材料的居里温度、并有效降低磁滞损耗，从而制备出了室温低磁滞损耗、大磁热效应的La(Fe, Si)13材料。细化颗粒尺寸能够降低La(Fe, Si)13一级相变体系的磁滞损耗、提高磁制冷能力，并有效促进材料的氢化过程，改善氢化物成分均匀性差的缺点。发现制冷能力RC和相对制冷能力RCP两种评估方法在对制冷能力的表征方面表现出相似的趋势，证实了RC和RCP两种方法对磁制冷能力的评估都是行之有效的。研究发现少量Fe原子的引入会稳定Ni45(Co1-xFex)5Mn36.6In13.4的马氏体相和顺磁奥氏体相，从而造成马氏体相变温度从低温向高温移动，而奥氏体居里温度从高温向低温移动。同时，Fe的引入有助于降低材料的磁滞损耗，且SM值基本不变。探索研究了低温RFeSi新型磁制冷材料，发现RFeSi具有低磁场下可逆的大磁热效应，且相变温度在液化氢、液化氮、以及液化天然气温度附近，可用于低温磁制冷来制备液化气体，具有很高的科学意义。