一種磁卡效應的Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金與壓電體複合材料及應用的製作方法
2023-07-10 22:08:21 1
一種磁卡效應的Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金與壓電體複合材料及應用的製作方法
【專利摘要】一種具備電場調控磁卡效應的Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料，由Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金與壓電體組成；壓電材料為：Pb(Zr,Ti)O3(PZT)或0.7Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-PT)；Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金的分子式是：Ni-Co-Mn-In,Ni-Mn-In,Ni-Mn-Sn,Ni-Mn-Co-Sn；二種材料均是片狀材料貼合成複合材料，鐵磁形狀記憶合金的厚度為20-50um的快淬薄帶疊合成1-2mm或為1-2mm的塊材，壓電體厚度為0.4-0.8mm。
【專利說明】—種磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金與壓電體複合材料及應用
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種具有電場調控磁卡效應特性的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料。
技術背景
[0002]室溫磁製冷技術具有環境友好，節能高效的特點，被認為最有可能取代現在空氣壓縮製冷技術。室溫磁製冷樣機工作的主要原理是:製冷劑在升(降)磁場時發生溫度的變化，再通過載冷劑將製冷劑產生的熱量傳送到冷熱端。因此製冷劑在升(降)場過程發生的溫度變化大小決定了磁製冷機的工作效率。一種材料在升(降)場即外磁場變化時發生溫度變化(放熱或吸熱)的效應被稱為磁卡效應或磁熱效應。目前的研究表明，具有較好室溫磁卡效應的材料主要有:Gd，Gd5Si2Ge2合金，La (Fe1^xSix) 13合金，MnFePAs合金(錳鐵磷砷合金)，錳氧化物，鐵磁形狀記憶合金。而在這些材料中，大部分材料含有價格昂貴的稀土元素，這不利於降低磁製冷機的成本；MnFePAS含有劇毒砷元素；錳氧化物作為氧化物的一種，其導熱能力無法與金屬材料相比。而鐵磁形狀記憶合金包含的都是廉價的3d與主族元素，且其磁場誘導的磁結構相變過程伴隨巨大的磁卡效應，具有很高的應用價值。
[0003]具有應用價值的磁卡材料需要滿足以下要求:(1)低場下具有大的磁卡效應；(2)無磁滯，即具有良好的回覆性；(3)磁卡效應具有較大的半高寬；(4)傳熱性能良好。最新的研究表明N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金在磁場誘導的磁結構相變過程中伴隨著巨大的磁卡效應，且作為金屬，具有良好的導熱性能。但其磁場驅動的磁結構相變屬於一級相變，伴隨較大的磁滯，回復性差，且作為一級相變磁卡效應的半高寬較窄。我們發明一種具有電場調控磁卡效應特性的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料，可以解決辦高寬窄以及回復性差的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種具有電場調控磁卡效應特性的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料及其應用。
[0005]本發明的技術方案:一種具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料，其特徵是由N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金與壓電體組成；壓電材料為:Pb (Zr, Ti) O3 (PZT)或 0.7Pb (Mn1/3Nb2/3) O3-0.3PbTi0s (PMN-PT) ;Ni_Mn 基鐵磁形狀記憶合金的分子式是:N1-Co-Mn-1n, N1-Mn-1n, N1-Mn-Sn,或N1-Mn-Co-Sn ;二種材料均是片狀材料貼合成複合材料,鐵磁形狀記憶合金的厚度為20-50um的快淬薄帶疊合成l-2mm或為1_2_的塊材，壓電體厚度為0.4-0.8mm。
[0006]所述具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料的應用，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料磁卡效應的應用，其特徵在於
[0007](I)通過向PZT或PMN-PT加不同的電壓，電壓範圍:0.01-400V，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的相變溫度發生了變化，變化範圍:達到8K。
[0008](2)通過加壓電體不同的電壓，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的磁卡效應在升溫與降
[0009]溫過程都發生了隨溫度軸的橫移，橫移量:2-8K，磁熱效應:絕熱溫變為5-6.5Κ。
[0010](3)通過在升降磁場過程施加不同的電壓(0.01-400V)，磁滯有效的減小50%以上。
[0011](4)通過加壓電體不同的電壓(0.01-400V)，磁卡效應的半高寬有效的增大，增大範圍2-8Κ。
[0012]實驗與理論計算表明，通過向壓電體施加不同的電壓，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的相變溫度發生了改變，且伴隨相變溫度的變化磁卡效應也隨溫度軸發生橫移。磁性的測量表明通過在升降場過程中施加不同的電壓，可以減小磁滯，降低不可逆性。
[0013]本發明的有益效果=N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金具有較大的磁卡效應，絕熱溫變5-6.5Κ ;通過向壓電體施加電壓可以調節磁卡效應最大值出現的溫度；通過向壓電體施加不同電壓，原先較窄的辦高寬可以擴大；通過在升降場時施加不同的電壓可以降低磁滯，提高回復性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1通過加不同的電壓，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的相變溫度發生了變化.
[0015]圖2 (a) (b)分別為升溫和降溫過程的磁卡效應，通過加不同的電壓，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的磁卡效應在升溫與降溫過程都發生了隨溫度軸的橫移。
[0016]圖3通過在升降場過程加不同的電壓，磁滯可以有效的減小。
[0017]圖4通過加不同的電壓,磁卡效應的半高寬有效的增大。
具體實施方案
[0018]通過向壓電體施加電壓，壓電體產生的應力作用在N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金上，該應力影響到其相變過程，從而改變相變溫度以及磁卡效應。實驗與理論計算表明，通過向壓電體施加不同的電壓，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的相變溫度發生了改變，且伴隨相變溫度的變化磁卡效應也隨溫度軸發生橫移。磁性的測量表明通過在升降場過程中施加不同的電壓，可以減小磁滯，降低不可逆性。
[0019]複合材料為PMN/N1-Co-Mn-1n,採用 N1-Mn-1n, N1-Mn-Sn 或 N1-Mn-Co-Sn 無本質區別，二種材料均是片狀材料貼合，其中N1-Mn-1n，鐵磁形狀記憶合金的厚度為30微米的快淬薄帶疊合或為1_，壓電體厚度為0.5或0.8_。圖1是上述樣品通過加不同的電壓，鐵磁形狀記憶合金的相變溫度發生了變化。圖4通過加不同的電壓，磁卡效應的半高寬有效的增大。V1、V2、V3、V4 分別為 20、40、70、100V。
[0020]I)通過向壓電體施加電壓，可以調節相變溫度，同時調節最大磁卡效應值出現的溫度。
[0021]2)通過在升降場過程施加不同電壓，可以減少甚至消除磁滯，提到不可逆性。
[0022]3)追蹤磁製冷機運行時內部溫度場變化，在勵磁去磁過程中通過改變壓電體上的施加電壓，使磁製冷工質工作在其製冷最佳溫區，以增大磁製冷機工作效率。
【權利要求】
1.一種具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料，其特徵是由N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金與壓電體組成；壓電材料為:Pb (Zr，Ti) O3 (PZT)或0.7Pb (Mnl73Nb273) O3-0.3PbT13 (PMN-PT) ；N1-Mn 基鐵磁形狀記憶合金的分子式是:N1-Co_Mn-1n, N1-Mn-1n, N1-Mn-Sn, N1-Mn-Co-Sn ;二種材料均是片狀材料貼合成複合材料，鐵磁形狀記憶合金的厚度為20-50um的快淬薄帶疊合成l_2mm或為l_2mm的塊材,壓電體厚度為0.4-0.8mm。
2.根據權利要求1所述具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料的應用，其特徵是，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料磁卡效應的應用，通過向PZT或PMN-PT加不同的電壓，電壓範圍:0.01-400V,N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的相變溫度發生了變化，變化範圍達到8K。
3.根據權利要求1所述具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料的應用，其特徵是，通過加壓電體不同的電壓，N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金的磁卡效應在升溫與降溫過程都發生了隨溫度軸的橫移，橫移量:2-8K，磁熱效應:絕熱溫變為5-6.5Κ。
4.根據權利要求1所述具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料的應用，其特徵是，通過在升降磁場過程施加0.01-400V不同的電壓，磁滯有效的減小50%以上。
5.根據權利要求1所述具備電場調控磁卡效應的N1-Mn基鐵磁形狀記憶合金/壓電體複合材料的應用，其特徵是，通過加0.01-400V間不同的電壓，磁卡效應的半高寬有效的增大，增大範圍2-8Κ。
【文檔編號】H01L43/10GK104167488SQ201410072124
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】王敦輝, 龔元元, 都有為 申請人:南京大學