第四节 室温磁致冷材料分类

目前国内外对室温磁制冷材料研究的种类比较多，根据磁制冷材料磁性来源不同，将其分为：1、钙钛矿类；2、过渡族金属材料类3、稀土族磁制冷材料类，该类材料的磁性主要来源于稀土 4f 电子层的局域电子； 4、稀土族和过渡族金属的化合物类，如 YFe2, Tb Fe2, Dy Co2, Ho Co2, Er Co2, Tb Ni2等。磁制冷过程中励磁和退磁中相变性质的不同作为依据时，磁制冷材料也可以分为具有一级相变和具有二级相变的材料。在磁制冷材料的研究历程中，人们首先发一些具有二级相变的磁制冷材料，它们的磁热效应不是很高，这些合金主要包括 R2Fe17等，我们对各种材料一一作简单的介绍：

1。 NiMnGa合金

在外磁场力的作用下，这种合金会产生磁化强度的跳跃，从而获得巨磁热效应。这种合金不包含稀土元素，所以其成本不高，并且可以通过改变元素的含量方式，在比较宽的温度范围内调节马氏体 — 奥氏体的磁相变温度。磁熵变主要是通过Ni，Ga原子的巡游电子来实现，故磁交换作用强弱由Ni原子和Ga原子的电子结构决定。当在4K—626K的范围内，可以通过对Ni2+xMn1-xGa中化学成分的所占的含量改变 ，即改变x，进而使化合物的磁热性能表现出不同的特性。

2。 钙钛矿类材料

这类材料的磁热效应约为稀土金属钆的1。5-2倍，且成本较低、化学稳定性高、电阻高；但是磁相变温度偏低，在室温条件下，磁相变较磁熵变温度大幅下降，这样就不适合用于室温磁致冷，并且这类化合物的密度和热导率极低，不利于热交换。

3。 La（Fe，Co）13-xMx（M=Si，Al）系合金

我国中科院物理研究对La（Fe，M）13化合物进行了深入研究。研究发现La（Fe1-xSix）13化合物在一定条件下能获得较大的磁熵变，这种材料的磁相变温度较低，在200K左右，并不适用于室温磁致冷，但是通过Co对Fe的微量代替，可以将磁相变温度调整到室温附近，保持较大的磁熵变，就可以比较好的做到室温制冷。经过检测， LaFe11。2Co0。7Si1。1这种化合物性能较好，磁相变温度达到274K，接近室温。不过这种合金的制备成本比较高，而且该合金的磁热效应在外加磁场较高时才能激发出来，会造成成本很高这影响了其在磁制冷技术中的运用。文献综述

4。 钆（Gd）

在室温附近，钆是所有重稀土金属元素中磁热性能最好的。但由于其稀土元素价格昂贵并且自身有毒，所以存在很大缺陷。

5。 R2Fe17合金

对于Er2Fe17-xMex稀土-过渡族金属化合物的研究发现，其中Er2Fe15。126Me1。174具有较好的效果，当外加磁场变化2T时，其绝热温变为4。51 K，和纯金属Gd的绝热温变相接近。

目前存在的室温磁致冷技术存在很多缺点,如磁制冷材料大多需要稀土元素，如Gd或Gd基材料等，其价格昂贵，而且材料还有毒性，例如含Gd、As的材料。

但之后MnFePAs过渡金属基复合物的发现，让人们意识到Mn基材料磁致冷的巨大前景。Mn基磁致冷材料不仅具有很大的磁热效应，其居里温度处于室温附近，同时Mn在自然界中储量非常丰富，价格便宜。Mn基磁致冷材料是一种非常有发展前景的室温磁致冷的候选材料，研发基于Mn基磁致冷材料具有很大的应用前景。 

本课题主要通过SQUID研究Mn基材料，此材料为Mn2SnW，其具有Mn基的特性，同时不带毒性，所以研究此材料的磁制冷特性。