钛酸铕的磁热效应研究

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人工制冷技术是现代社会工业文明的重要标志之一,在人类生活和生产中发挥了至关重要的作用。由于低温制冷技术在太空科学领域和氦气、氢气液化技术的应用中具有重要的应用价值,低温磁制冷材料的研究也越来越广泛。近年来,稀土金属氧化物因其制备简单、化学性质相对稳定、可大规模生产、易加工成型、成本低廉等优点已成为研究磁制冷材料领域新的研究热点。本文研究了钙钛矿型稀土金属氧化物Eu1-xSrxTiO3,Eu0.9La0.1TiO3,Eu0.9Ce0.1TiO3,EuTi1-xCox O3和EuTi1-xMnxO3的磁性和磁热效应,得到的主要结果如下:(1)随着Eu逐渐被Sr取代,EuTiO3的晶格常数发生了变化,EuTiO3磁基态也从反铁磁态转变为铁磁态Eu1-xSrx TiO3(x=0,0.04,0.08,0.1)。在磁场变化为0-10 kOe和0-2 kOe时约Eu1-xSrxTiO3化合物的最大磁熵变约为10 J/kg K和21 J/kg K。随着Eu被Sr取代,虽然磁熵变基本保持不变但磁制冷能力增大。在10,20,50 kOe磁场变化下Eu0.9Sr0.1TiO3的RC值分别为36.6,107.8和308.6 J/kg。(2)合成了Eu0.9La0.1TiO3和Eu0.9Ce0.1TiO3化合物对其磁热效应和磁性能进行了分析研究。当10%的Eu2+离子被La3+和Ce3+离子取代时,EuTiO3磁基态也从反铁磁态转变为铁磁态。当部分Eu2+离子被La3+和Ce3+离子取代时,Eu0.9R0.1TiO3(R=La,Ce)中的氧含量稍微过量,可以补偿化学价数的失配,增加晶格常数。在磁场变化为10 kOe下,相对EuTiO3(-ΔSM=9.8 J/kg K,RC=27 J/kg)磁熵变和制冷能力都得到了提高,Eu0.9La0.1TiO3和Eu0.9Ce0.1TiO3的最大磁熵变和制冷能力分别为-ΔSM=10.8 J/kgK,RC=51.8 J/kg和-ΔSM=11 J/kg K,RC=39.3 J/kg。磁熵变和制冷能力的提高主要归因于磁相变。(3)合成了EuTi1-xCoxO3和EuTi1-xMnxO3化合物。通过XRD分析,化合物EuTi1-xCoxO3和EuTi1-xMnxO3是单相的立方钙钛矿结构。当Ti4+离子被Co2+和Mn2+离子取代时,由于其离子尺寸大小不同,会导致其晶格常数发生变化。EuTiO3呈现G型反铁磁结构,当Ti4+离子被Co2+和Mn2+离子取代时,EuTiO3化合物中反铁磁和铁磁相的微妙平衡发生了变化。在磁场变化(0-10)kOe下,相对于EuTiO3化合物,EuTi0.95Co0.05O3的-ΔSMmax可达到10 J/kg K,RC达到38.5 J/kg,EuTi1-xMnxO3的-ΔSMmax的值也是大于10 J/kg K。
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