新型稀土磁性蓄冷材料
新型稀土磁性蓄冷材料是一种高熵密度磁性材料(high entropy magnetic materials),高熵密度磁性材料这一概念是磁性材料用于制冷工程时提出的。它的特点是材料的磁熵发生变化时会出现大的吸热与放热效应,可以应用于制冷技术中。利用磁性材料在经历磁相变时发生的磁熵变化,可以将高熵密度磁性材料作为磁蓄冷材料(magnetic regenerator material),用于小型回热式低温气体制冷机中。 这种制冷机的制冷温度在4.2K~20K,一般用在高技术领域,例如可用于医用核磁共振成象仪、磁悬浮列车和超导发电机中冷却其大型超导磁铁、用于量子干涉仪(SQUID)、射频天文望远镜的传感器探头和军用红外探测器中以提高其灵敏度,也可以用于低温冷疑高真空泵中等等。以往这种制冷机中使用的蓄冷材料只有铅。由于铅的比热容在15K以下急剧下降,使得小型制冷机在10K温度以下制冷效率几乎为零,制冷温度难以低于8K。要得到低于8K的制冷温度,只得附加效率极低的J-T回路。为了提高低温制冷机的制冷效率,在过去的几十年中,人们都在努力寻找在20K以下具有高比热容的材料。具有实用价值的Er—Ni系列磁性蓄冷材料是在90年代初被发现的。这些材料用于制冷机中后,使制冷机的效率有了突破性提高。 磁性蓄冷材料的最大特点是不需要重新建立一个制冷体系,只要将商品化的气体制冷机中的蓄冷材料换成磁性蓄冷材料,就可大大提高制冷机效果。因此磁蓄冷材料正在取代原来的蓄冷材料金属铅。而且由于磁性蓄冷材料的出现,推动了低温制冷机的发展。现在,不用灌液氦,用制冷机带动的医用核磁共振成象仪和超导磁体已经商品化。在这些新设备中,都必须使用磁蓄冷材料。
北京科技大学
2021-04-11