【摘 要】
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自上世纪九十年代以来,低温磁致冷材料基于无污染、零排放、绿色节能环保等优势受到了科研工作者的广泛关注。其中重稀土元素基于其大的自旋和轨道角动量,在外加磁场的变化下,往往表现出大的磁熵变,是实现低温磁制冷的理想载体。本文仔细研究了Kagome晶格硼钨酸盐RE3BWO9（RE=Gd,Dy,Ho）的磁性和磁热效应,具体内容如下:1.介绍磁致冷材料的研究背景,从热力学角度分析磁制冷的原理,对磁热效应的测量
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自上世纪九十年代以来,低温磁致冷材料基于无污染、零排放、绿色节能环保等优势受到了科研工作者的广泛关注。其中重稀土元素基于其大的自旋和轨道角动量,在外加磁场的变化下,往往表现出大的磁熵变,是实现低温磁制冷的理想载体。本文仔细研究了Kagome晶格硼钨酸盐RE3BWO9（RE=Gd,Dy,Ho）的磁性和磁热效应,具体内容如下:1.介绍磁致冷材料的研究背景,从热力学角度分析磁制冷的原理,对磁热效应的测量方法给予了较为详细的解释说明。简单概括了Kagome晶格化合物RE3BWO9（RE=Gd,Dy,Ho）的晶体结构和磁性基态。2.采用高温固态反应的方法制备了多晶样品RE3BWO9（RE=Gd,Dy,Ho）及20%Mo原子掺杂样品Gd3BW0.8Mo0.2O9。采用粉末X射线衍射对制备出的多晶样品进行结构表征,实验结果表明样品的结晶度和纯度良好。3.表征化合物RE3BWO9（RE=Gd,Dy,Ho）的磁性随温度和磁场的依赖关系。实验结果显示化合物Gd3BWO9以及Mo掺杂样品Gd3BW0.8Mo0.2O9中磁性Gd3+离子之间存在弱的反铁磁相互作用,在温度低至2 K时没有出现长程磁有序转变,表明该化合物基态可能是顺磁态;同构化合物Dy3BWO9和Ho3BWO9的低温磁化曲线在8 K附近出现居里-外斯拟合的偏离,表明两化合物在低温下存在短程反铁磁自旋关联。4.利用麦克斯韦方程计算了化合物RE3BWO9（RE=Gd,Dy,Ho）在不同磁场下的磁熵变随温度的依赖关系。其中化合物Gd3BWO9在0-3 T外场条件下,最大磁熵变和绝热转变温度分别是36.75J·kg-1·K-1和5.56 K,在0-7 T外场变化下,最大磁熵变是54.80J·kg-1.K-1,该磁熵变值优于多数已知的低温Gd基磁制冷化合物。化合物Gd3BWO9没有大的磁滞与热滞,表明该材料在低温磁致冷领域具有潜在的应用前景。在外加磁场变化为0-7T时,化合物Dy3BWO9和Ho3BWO9的最大的磁熵变分别为:4 K时的磁熵变为28.50J·kg-1·K-1,6K下为29.76J·kg-1·K-1。随着外磁场的增强,化合物Dy3BWO9和Ho3BWO9磁熵峰值逐渐向高温区域移动,且峰宽逐渐变宽。因此化合物Dy3BWO9和Ho3BWO9可应用于制冷温区较大的温区范围。
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