【摘 要】
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磁制冷技术作为一种新的环保型制冷技术已经被国内外进行了广泛的研究。研究磁制冷技术的基础是磁热效应和磁制冷材料。磁热效应是磁制冷材料本身的特有性质,是一种材料在施加的外部磁场的变化的影响下向外界吸热或放热的现象。磁热效应可以用材料的等温磁熵变和绝热温变来描述,用来衡量材料磁热效应的大小。研究磁制冷技术有着重要意义,它有着高效、环保等优点,有望减少目前对效率低且污染严重的蒸汽压缩的传统制冷技术的依赖。
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磁制冷技术作为一种新的环保型制冷技术已经被国内外进行了广泛的研究。研究磁制冷技术的基础是磁热效应和磁制冷材料。磁热效应是磁制冷材料本身的特有性质,是一种材料在施加的外部磁场的变化的影响下向外界吸热或放热的现象。磁热效应可以用材料的等温磁熵变和绝热温变来描述,用来衡量材料磁热效应的大小。研究磁制冷技术有着重要意义,它有着高效、环保等优点,有望减少目前对效率低且污染严重的蒸汽压缩的传统制冷技术的依赖。本文对REFe2Si2（RE=Pr,Nd）,RECu2Si2（RE=Pr,Nd）,RECu2Ge2（RE=Pr,Nd）,REZnSi（RE=Pr,Nd）四个体系的轻稀土金属间化合物的结构、磁性及磁热性能进行了深入的研究,并得到以下结论:REFe2Si2（RE=Pr,Nd）化合物在四方晶体结构中以I4/mmm的空间群结晶,并且在Néel温度TN分别为8.5 K和15.5 K时经历了从顺磁到反铁磁（PM-AFM）的一级磁性跃迁。在AH=0-7 T的施加场变化下,PrFe2Si2和NdFe2Si2的磁熵变最大值（-ΔSMmax）为8.4 J/kg·K 和 15.8 J/kg·K,相对冷却功率（RCP）值分别为 0.8 J/cm3 和1.0 J/cm3。此外,在低温低场下,PrFe2Si2和NdFe2Si2表现出逆MCE,而在高磁场变化下,观察到正常的可逆MCE,这是由于存在从反铁磁（AFM）到铁磁（FM）状态的有序磁跃迁。RECu2Si2（RE=Pr,Nd）化合物在四方晶体结构中以I4/mmm的空间群结晶,并且在Néel温度TN分别为3 K和15.6 K时经历了从顺磁到反铁磁（PM-AFM）的一级磁性跃迁。NdCu2Si2在Ts温度存在低温时的自旋玻璃态。PrCu2Si2的磁熵变最大值在磁转变温度附近,在ΔH=0-7 T时达到8 J/kg·K;NdCu2Si2在磁转变温度附近,在ΔH=0-7 T时磁熵变最大值达到5.9 J/kg-K。PrCu2Si2在ΔH0-5 T时的RCP值为35.7 J/kg,NdCu2Si2 在ΔH为 0-5 T 时RCP值为 39.6 J/cm3。PrCu2Si2 和 NdCu2Si2 的低温低场均存在着磁熵变的异常情况,在低温低场下,PrCu2Si2和NdCu2Si2表现出逆MCE,而在高磁场变化下,观察到正常的可逆MCE,这是由于存在从反铁磁（AFM）到铁磁（FM）状态的有序磁跃迁。RECu2Ge2（RE=Pr,Nd）化合物在四方晶体结构中以I4/mmm的空间群结晶,并且在Néel温度TN分别为15 K和4.5 K时经历了从顺磁到反铁磁（PM-AFM）的一级磁性跃迁。它们的TN分别为15K和4.5 K。PrCu2Ge2磁熵变最大值在磁转变温度附近,在AH=0-7T时达到5.5 J/kg·K;在转变温度7K附近,0-7T时磁熵变值达到1.9 J/kg·K;在5 K的转变温度处,磁熵变值出现了逆MCE的最大值,大小为-1.3 J/kg·K。NdCu2Ge2低磁场的磁熵变曲线中在转变温度4.5 K和10 K出现两个峰,磁熵变最大值出现在两个转变温度的中间处,在ΔH=0-7 T时磁熵变最大值达到5 J/kg·K。PrCu2Ge2 在ΔH为 0-5 T 时 PrCu2Si2 的RCP 值为 43.2 J/kg;NdCu2Ge2 在AH为0-5 T 时RCP 值为 35.5 J/kg。REZnSi（RE=Pr,Nd）化合物均为六方AlB2型结构,空间群为P6/mmm,它们在TC=13.5 K和Tc=18.5 K时经历铁磁相变,并经历二级磁转变。PrZnSi化合物磁熵变最大值在磁转变温度Tc=13.5 K附近,在磁场为0-7 T时最大值达到16.3 J/kg-K;NdZnSi化合物最大值出现在磁转变温度Tc=18.5 K附近,在磁场为0-7 T时最大值达到 15.4 J/kg·K。PrZnSi 的RCP值在ΔH=0-5 T 为 206.3 J/kg;NdZnSi 的RCP值在ΔH=0-5 T时为205.6 J/kg。PrZnSi和NdZnSi两种化合物的磁学性质相似,拥有较大的磁熵变和很好的磁制冷能力。
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