稀土过渡族钙钛矿型氧化物磁性与磁热性能研究

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相对于传统的制冷方式,磁制冷具有结构简单、环境友好、工作效率高等优点,可能成为未来制冷技术的发展方向。一些精密仪器、医疗卫生、石油化工等领域离不开中低温(≤77K)的环境,尤其高端的科学技术研究需要在超低温下进行,因此低温磁制冷具有广阔应用前景。钙钛矿结构氧化物体系通过掺杂替代等手段可以表现出许多奇特而有趣的物理现象。本文主要研究了REFe0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)与RECo0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物的磁性与磁热效应,以及双钙钛矿型氧化物Sr2RENbO6(RE=Gd、Tb、Dy)的磁性与磁热效应。REFe0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物具有立方结构,空间群为Pbnm。研究发现,GdFe0.5Cr0.5O3经历铁磁-顺磁二级结构相变,TbFe0.5Cr0.503、DyFe0.5Cr0.5O3钙钛矿型氧化物经历反铁磁-顺磁一级结构相变,奈尔温度(TN)为8.5K、15.2K。计算得到REFe0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物在0~5 T磁场变化下磁熵变最大值-△SMmax分别为 31.46 J/kg·K、10.99 J/kg·K、12.64 J/kg·K。相较于 GdCrO3、DyCrO3,掺杂后的-△SMmax有一定提升。结果证明REFe0.5Cr0.503(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物具有大低温磁热效应,并且没有滞后现象。特别是GdFe0.5Cr0.5O3低温磁熵变比较大,有很大的应用潜力。RECo0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物具有立方结构,空间群为Pbnm。研究发现,RECo0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)均经历铁磁-顺磁二级结构相变。计算得到RECo0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物在0~5 T磁场变化下磁熵变最大值-△SMmax分别为 22.02 J/kg·K、6.19 J/kg·K、4.11 J/kg·K。结果证明RECo0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物具有大低温磁热效应,并且没有滞后现象。特别是GdCo0.5Cr0.5O3低温磁熵变比较大,有很大的应用潜力。相对于REFe0.5Cr0.5O3(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物,RECo0.5Cr0.503(RE=Gd、Tb、Dy)钙钛矿型氧化物表现出的磁熵变明显降低,这说明铁半掺杂的RECrO3的磁热效应要优于钴半掺杂的RECrO3。但是钴半掺杂的RECr03的半高宽(δTFWHM)提升比较明显,说明材料的工作温区更大,有重要的实际意义。因此我们猜想可以通过Fe、Co的共掺杂,来提高材料的磁熵变和半高宽,进而提高材料的低温制冷能力。Sr2RENbO6(RE=Gd、Tb、Dy)双钙钛矿型氧化物为单斜晶系,空间群为P2l/n。研究发现,Sr2RENbO6(RE=Gd、Tb、Dy)均经历铁磁-顺磁二级结构相变。计算得到Sr2RENbO6(RE=Gd、Tb、Dy)双钙钛矿型氧化物在0~5 T磁场变化下磁熵变最大值-△SMmax分别为 24.22 J/kg·K、2.02 J/kg·K、10.64 J/kg·K。结果证明 Sr2GdNbO6 双钙钛矿型氧化物在低温下具有大磁热效应,且没有滞后现象,因此有很大的应用潜力。
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