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稀土磁致冷材料

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稀土磁致冷材料
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稀土磁致冷材料

【摘要】:
本世纪二十年代末,科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高现象,即磁热效应.随后许多科学家和工程师对具有磁热效应材料,磁致冷技术及装置进行了大量研究开发工作.到目前为止 ,20K以下低温磁致冷装置在某些领域已实用化,而室温磁致冷技术还在继续研究攻关,目前尚未达到实用化程度.  磁致冷材料是用于磁致冷系统具有磁热效应物质.磁致冷首先是给磁体加磁场,使磁矩按磁场方向整齐排列,然后再撤去磁场,使磁矩方向

 本世纪二十年代末,科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高现象,即磁热效应.随后许多科学家和工程师对具有磁热效应材料,磁致冷技术及装置进行了大量研究开发工作.到目前为止

 
,20K以下低温磁致冷装置在某些领域已实用化,而室温磁致冷技术还在继续研究攻关,目前尚未达到实用化程度.
  磁致冷材料是用于磁致冷系统具有磁热效应物质.磁致冷首先是给磁体加磁场,使磁矩按磁场方向整齐排列,然后再撤去磁场,使磁矩方向变得杂乱,这时磁体从周围吸收热量,通过热交换使
 
周围环境温度降低,达到致冷目.磁致冷材料是指用于磁致冷系统具有磁热效应一类材料,磁致冷材料是磁致冷机核心部分,即一般称谓制冷剂或制冷工质. 
  低温超导技术广泛应用,迫切需要液氦冷却低温超导磁体,但液氦价格昂贵,因而希望有能把液氦气化氦气再液化小型高效率制冷机.如果把以往气体压缩—膨胀式制冷机小型化,必须把压缩
 
机变小,这样将使制冷效率大大降低.因此,为了满足液化氦气需要,人们加速研制低温(4~20K)磁致冷材料和装置,经过多年努力,目前低温磁致冷技术已达到实用化.低温磁致冷所使用磁致冷
 
材料主要是稀土石榴石Gd3Ga5O12(GGG)和Dy3Al5O12(DAG)单晶.使用GGG或DAG等材料做成低温磁致冷机属于卡诺磁致冷循环型,起始致冷温度分别为16K和20K.
  低温磁致冷装置具有小型化和高效率等独特优点,广泛应用于低温物理,磁共振成像仪,粒子加速器,空间技术,远红外探测及微波接收等领域,某些特殊用途电子系统在低温环境下,其可靠性
 
和灵敏度能够显著提高.
  磁致冷是使用无害,无环境污染稀土材料作为制冷工质,若取代目前使用氟里昂制冷剂冷冻机,电冰箱,冰柜及空调器等,可以消除由于生产和使用氟里昂类制冷剂所造成环境污染和大气臭氧
 
层破坏,因而能保护人类生存环境,具有显著环境和社会效益. 
  1987年80多个国家参加签署《关于消耗臭氧层物质蒙特利尔议定书》规定,为了防止生产和使用氟氯碳类化合物造成大气臭氧层破坏,到2000年全世界将限制和禁止使用氟里昂制冷剂,我国
 
于1991年6月加入这个国际公约并作出规定,到2010年我国将禁止生产和使用氟里昂等氟氯碳和氢氟氯碳类化合物.因此,需要加快研究开发无害新型制冷剂或不使用氟里昂制冷剂其它类型制冷
 
技术.迄今,在有关这方面研究开发中,发现磁致冷是制冷效率高,能量消耗低,无污染制冷方法之一.从目前美国室温磁致冷技术研究进展情况看,在3到5年内,室温磁致冷技术有可能在汽车空调
 
系统中得到实际应用之后,并将进一步开发家用空调和电冰箱等磁致冷装置.
  磁致冷所用制冷材料基本都是以稀土金属为主要组元合金或化合物,尤其是室温磁致冷几乎全是采用稀土金属Gd或Gd基合金.
  目前,磁致冷材料,技术和装置研究开发,美国和日本居领先水平,这些发达国家都把磁致冷技术研究开发列为本世纪末21世纪初重点攻关项目,投入了大量资金,人力和物力,竞争极为激烈,都想抢先占领这一高新技术领域.
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