碳原子及稀土位替代对NaZn<,13>型LaFe<,13-x>Al<,x>化合物结构与磁性的影响

来源 :武汉科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:janmey2007
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室温磁制冷技术,因其绿色环保和高效节能,具有巨大的潜在应用市场,备受关注。在探寻优良的磁致冷材料过程中发现,NaZn13型La(Fe,Al)13化合物价格低廉,且具有较大磁热效应,有望成为优良的磁制冷材料。同时La(Fe,Al)13化合物具有丰富的磁性,对基本磁性的研究有助于磁制冷技术的发展。本论文通过添加间隙碳原子和对稀土位元素进行替代研究了La(Fe,Al)13化合物的基本磁性、磁热效应以及磁性相变。通过真空电弧熔炼,1223K高温环境热处理,最后液氮淬火快速冷却,得到化学稳定性较好的NaZn13型LaFe13-xAl)xC)y(x=1.6,1.8)、R)xLa1-xFe11.4Al1.6Cy(R=Ce,Pr,Nd)等一系列化合物。研究内容主要有三个方面:(1)间隙碳原子对LaFe13-xAl(xx=1.6,1.8)化合物磁性和磁热效应的影响以及LaFe13-xAlxC0.1(x=1.6,1.8)化合物的相变类型。实验结果表明,碳原子对LaFe13-xAl)x化合物磁性的影响来自于晶格体积的迅速膨胀。同时发现,碳含量较低时,LaFe11.4Al1.6碳化物在磁场诱导下呈现出有趣的复杂磁相变,相变温度强烈依赖于外加磁场。当碳含量高于0.06时,化合物的基态由反铁磁变为铁磁且居里温度随C含量的增加向高温区移动,在各自相变温度附近保持较大磁熵变,具有良好的磁制冷能力。当Al含量从1.6增大到1.8时,LaFe13-xAlx碳化物的相变类型从一级转为二级,磁熵变随之减小。(2)轻稀土元素替代La对LaFe13-xAlx化合物的磁性和磁熵变的影响。晶胞体积收缩以及稀土-Fe正的相互作用导致了复杂磁性的产生。以PrxLa1-xFe11.4Al1.6为例,Pr含量为0.2和0.3时,化合物的磁性分别与LaFe11.4Al1.6C0.02和LaFe11.4Al1.6C0.04的磁性类似。这表明在该化合物中,磁性不仅依赖于晶格常数,Pr-Fe相互作用也有着非常重要的影响。(3)同时进行稀土替代和添加间隙碳原子对LaFe11.4Al1.6Cx化合物的磁性和磁熵变的影响。以Nd为例,虽然磁性原子Nd替代非磁性原子La会引入Nd-Fe铁磁相互作用,同时晶格收缩也会加强Fe-Fe相互作用,但由于碳原子的进入导致晶格膨胀,Nd0.1La0.9Fe-(11.4)Al1.6Cx化合物的饱和磁化强度较低,其磁熵变也远低于LaFe11.4Al1.6C)x化合物。综上所述,所研究化合物的晶格参数、磁熵变及磁相变规律均与已有研究结果相符,同时也发现了以下三个值得进一步研究的有意义的结果:(1)微量C元素显著改变了LaFe11.4Al1.6化合物的磁性;(2)得到了磁制冷能力优于Gd5Ge2Si2化合物的LaFe11.4Al1.6C0.1材料;(3)在LaFe11.4Al1.6C0.02和Pr0.2La0.8Fe11.4Al1.6化合物中发现了复杂的磁性相变现象,并指出低温和高温的反铁磁相有本质的不同。
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