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室温磁致冷技术因具有代替气体压缩制冷的可能倍受各国关注。内蒙古科技大学与包头稀土研究院合作6年,进行室温磁致冷技术开发研究。本论文是这项研究的一个分支,主要目的是制备并研究室温附近的稀土锰钙钛矿磁致冷材料,为课题组研制的磁致冷样机提供制冷材料。
与其它磁致冷工质相比,稀土锰钙钛矿材料具有以下优势:低磁场下其磁热效应较高,而且化学性质稳定、居里温度可调、电阻率大、成本低,是室温制冷的理想工质。
本论文采用水热法制备了室温附近磁致冷材料—LaAMnO3型钙钛矿,借助XRD、SEM、TEM等仪器研究了水热合成条件(碱度、水热温度、水热时间)对其矿物成分、形貌的影响以及钙钛矿的高温热稳定性,利用△Tad-T、M-T曲线测量仪研究了不同形貌钙钛矿的磁热效应及居里温度,确定了La0.65Ca018Sr017MnO3与La0.7Ca0.21Ba0.09MnO3样品的最佳水热合成条件。
水热条件(碱度、水热温度、水热时间)影响钙钛矿的矿物成分及形貌,不同形貌的钙钛矿样品,其磁热效应大小有差别:最佳合成条件下制备的丝状样品比其它条件下制备的块状样品磁热效应大,而且高温化学性能更稳定一些。采用最佳水热条件一步直接合成的La0.65Ca0.18Sr0.17MnO3样品,为很纯的钙钛矿,在1.4T的磁场下,其居里温度Tc为323K,最大△Tad为0.29K。A位离子掺杂对钙钛矿(LaAMnO3)的居里温度及磁热效应均有影响;对于不同系列的La1-xAxMnO3型钙钛矿样品,其居里温度Tc与A位离子掺杂量x之间的规律性不同,采用最小二乘法回归出La065Ca0.35-xSrxMnO3与La0.7Ca0.3-xBaxMnO3两个系列钙钛矿磁热性能规律的拟合曲线。依据这样的曲线规律,很容易制得室温附近的成分不同的钙钛矿样品,并能预测已知成分的钙钛矿样品的居里温度。