稀土R-Mn-As体系相图及相关化合物的磁性

测定稀土R-Mn-As(R=Pr,Nd,Gd,Dy)体系相图,系统研究稀土元素对MnAs化合物晶体结构、磁性和磁热性能的影响，探讨(Mn,R)As化合物结构相变、磁相转变和磁热效应之间的关系，为开发新型、高效的室温磁制冷材料，改善MnAs化合物的磁热特性提供科学的理论依据和实验数据。

磁致冷是基于磁性材料磁热效应的一项绿色制冷技术，MnAs化合物或以MnAs化合物为基的材料在室温附近具有巨大的磁热效应，有可能成为未来室温磁致冷技术的备选材料，因此，近十几年来，一直备受人们的关注。本项目测定了稀土R-Mn-As（R=Pr、Nd、Gd、Dy）三元系合金相图的500ºC和700ºC、800ºC或900ºC等温截面，研究了Mn1-xRxAs(R=Pr、Nd、Gd、Dy)合金的结构、相转变、磁性和磁热效应。结果表明，二元R-As化合物比二元R-Mn和二元Mn-As化合物稳定，在R-Mn-As体系相图的相平衡关系中，总是R-Mn和Mn-As的化合物与R-As的化合物建立相平衡；在Pr-Mn-As 体系中，发现一个新的三化合物Mn16Pr9As25；确定了部分未完成的Mn-As二元相关系；证实了稀土元素可以溶入MnAs合金，形成固溶体(x≤0.02)，稳定室温铁磁六方NiAs型结构，提高其居里温度Tc，由此，降低顺磁正交MnP型结构转变为铁磁六方NiAs型结构的临界磁场Bcri，实现磁相转变温度在室温附近可调，并仍可保持较高的磁熵变△S (~30J/KgK)；研究发现，微量的Gd可以显著降低合金的热滞，Mn1-x GdxAs（x=0.005，0.01）合金的热滞分别为8K和9.4K，相应的磁熵变为32.4J/KgK和38.6J/KgK (0-5T)；只要测量等温磁化曲线在居里温度Tc附近的温度间隔足够小，就可以应用Maxwell 关系来研究具有一级磁相转变的(Mn, R）As合金的磁熵变。这些研究成果为新型的室温磁制冷材料的设计与开发提供了科学的依据