本申請(qǐng)涉及磁制冷材料，特別是涉及一種磁制冷合金材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、極低溫制冷是獲取1k以下溫度的先進(jìn)技術(shù)，可為量子科技、空間探測(cè)、物質(zhì)科學(xué)等重要領(lǐng)域提供關(guān)鍵條件支撐。磁制冷材料具有磁卡效應(yīng)，即磁制冷材料在磁場(chǎng)作用下，磁矩會(huì)沿磁場(chǎng)方向排列整齊，磁熵減小，釋放熱量；除去磁場(chǎng)后，磁矩又混亂排列，磁熵增大，吸收周圍環(huán)境的熱能，使環(huán)境溫度下降。其中，阻挫量子磁體兼具高磁熵密度與低有序溫度，在量子臨界點(diǎn)附近涌現(xiàn)的低能漲落可產(chǎn)生巨大的磁卡效應(yīng)，是能夠用于亞開爾文溫區(qū)制冷的有力材料。除大熵變、低有序溫度的特性之外，熱導(dǎo)率也是阻挫量子磁體材料的另一關(guān)鍵參數(shù)。然而，傳統(tǒng)的磁制冷材料雖然能夠具有優(yōu)異的磁卡效應(yīng)，其熱導(dǎo)率卻在1k以下的溫度下強(qiáng)烈的衰減，是熱量的不良導(dǎo)體。這嚴(yán)重制約了磁制冷材料的冷卻功率密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種磁制冷合金材料及其制備方法和應(yīng)用。本申請(qǐng)的磁制冷合金材料具備優(yōu)異的磁卡效應(yīng)，同時(shí)在1k以下的極低溫條件下還能具有較高的熱導(dǎo)率，進(jìn)而具有較高的冷卻功率密度。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N磁制冷合金材料，包括具有如下化學(xué)通式的材料：eu1-axaco2-bmbal9-czc，其中，x選自mg、ca、sr、ba、ce、gd和sm中的至少一種，m選自cr、mn、fe、ni和cu中的至少一種，z選自zn、cd、ga、si和ge中的至少一種，0≤a≤1，0≤b≤2，0≤c≤9。

3、在其中一些實(shí)施方式中，所述磁制冷合金材料于100mk溫度下的熱導(dǎo)率為10mw/km~500mw/km。

4、在其中一些實(shí)施方式中，所述磁制冷合金材料的最低制冷溫度為4k以下。

5、在其中一些實(shí)施方式中，所述磁制冷合金材料的磁相變溫度為0k~20k。

6、在其中一些實(shí)施方式中，所述磁制冷合金材料為具有三角晶格的單晶材料。

7、在其中一些實(shí)施方式中，a=0，b=0，c=0。

8、在其中一些實(shí)施方式中，a=0.13，b=0，c=0。

9、在其中一些實(shí)施方式中，a=0，b=0.6，c=0。

10、在其中一些實(shí)施方式中，a=0，b=2，c=0。

11、在其中一些實(shí)施方式中，a=0，b=0，c=0.54。

12、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N上述任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料的制備方法，包括如下步驟：

13、將金屬原料混合熔融，獲得金屬液；所述金屬原料包括eu以及x中的至少一種，x選自mg、ca、sr、ba、ce、gd和sm中的至少一種；所述金屬原料還包括co以及m中的至少一種，m選自cr、mn、fe、ni和cu中的至少一種；所述金屬原料還包括al以及z中的至少一種，z選自zn、cd、ga、si和ge中的至少一種；

14、對(duì)所述金屬液進(jìn)行降溫處理，析出所述磁制冷合金材料；

15、分離所述磁制冷合金材料和所述金屬液。

16、在其中一些實(shí)施方式中，所述混合熔融于惰性氣體氛圍或真空下進(jìn)行。

17、在其中一些實(shí)施方式中，所述降溫處理的降溫速率小于或等于20℃/h。

18、在其中一些實(shí)施方式中，所述降溫處理的目標(biāo)溫度為650℃~950℃。

19、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N上述任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料或者上述任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料的制備方法制備所得的磁制冷合金材料于制冷設(shè)備中作為制冷材料的應(yīng)用。

20、上述磁制冷合金材料為金屬性高自旋阻挫量子磁體，其強(qiáng)自旋漲落使熵釋放延遲至超低溫區(qū)并保持高熵密度，具備優(yōu)異的磁卡效應(yīng)。同時(shí)，上述磁制冷合金材料克服了傳統(tǒng)的磁制冷材料固有的低溫絕熱問題，在1k以下的極低溫條件下還能具有較高的熱導(dǎo)率，進(jìn)而能夠具有較高的冷卻功率密度。

21、進(jìn)一步地，通過不同合金元素組成的改變，還能在較大的幅度內(nèi)調(diào)控上述磁制冷合金材料的磁相變溫度，從而改變最佳制冷工作溫區(qū)，使其具有寬闊的應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種磁制冷合金材料，其特征在于，包括具有如下化學(xué)通式的材料：eu1-axaco2-bmbal9-czc，其中，x選自mg、ca、sr、ba、ce、gd和sm中的至少一種，m選自cr、mn、fe、ni和cu中的至少一種，z選自zn、cd、ga、si和ge中的至少一種，0≤a≤1，0≤b≤2，0≤c≤9。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁制冷合金材料，其特征在于，所述磁制冷合金材料于100mk溫度下的熱導(dǎo)率為10mw/km~500mw/km。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁制冷合金材料，其特征在于，所述磁制冷合金材料的最低制冷溫度為4k以下。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁制冷合金材料，其特征在于，所述磁制冷合金材料的磁相變溫度為0k~20k。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁制冷合金材料，其特征在于，所述磁制冷合金材料為具有三角晶格的單晶材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料，其特征在于，a=0，b=0，c=0；或，

7.一種權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁制冷合金材料的制備方法，其特征在于，所述混合熔融于惰性氣體氛圍或真空下進(jìn)行。

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的磁制冷合金材料的制備方法，其特征在于，所述降溫處理的降溫速率小于或等于20℃/h；和/或，

10.一種權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料或者權(quán)利要求7~9中任一項(xiàng)所述的磁制冷合金材料的制備方法制備所得的磁制冷合金材料于制冷設(shè)備中作為制冷材料的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種磁制冷合金材料及其制備方法和應(yīng)用。本申請(qǐng)的磁制冷合金材料，包括具有如下化學(xué)通式的材料：Eu<subgt;1?a</subgt;X<subgt;a</subgt;Co<subgt;2?b</subgt;M<subgt;b</subgt;Al<subgt;9?c</subgt;Z<subgt;c</subgt;，其中，X選自Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、Gd和Sm中的至少一種，M選自Cr、Mn、Fe、Ni和Cu中的至少一種，Z選自Zn、Cd、Ga、Si和Ge中的至少一種，0≤a≤1，0≤b≤2，0≤c≤9。本申請(qǐng)的磁制冷合金材料具備優(yōu)異的磁卡效應(yīng)，同時(shí)在1K以下的極低溫條件下還能具有較高的熱導(dǎo)率，進(jìn)而能夠具有較高的冷卻功率密度。

技術(shù)研發(fā)人員：許錫童,屈哲,何苗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/6/9