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磁制冷技术是将磁性材料的磁热效应应用于制冷领域的一种新型制冷技术。室温磁制冷是近些年来发展起来的一项新的有前景的技术。与传统的气体压缩制冷技术相比,室温磁制冷技术具有绿色环保、高效节能等优点,具有广泛的应用前景。近年来,随着纳米材料科学的兴起,人们对锰氧化物纳米材料也表现出浓厚的兴趣,作为很有应用潜力的钙钛矿锰氧化物的磁热效应得到广泛的关注。ABO3钙钛矿型材料由于其独特的电子结构而具有电、磁、光、机械、生物以及化学等多种功能,用途十分广泛。
本论文主要选取钙钛矿锰基氧化物La1-xAxMnO3(A=Ca,Ba,Ag)作为研究对象,重点探讨颗粒尺寸对其结构、磁性、磁热效应、电热输运等性质的影响。具体内容如下:
1、对于La0.7Ca0.3MnO3多晶样品,随着样品颗粒尺寸减小,低温区磁化强度单调降低,晶格参数的变化对样品的居里温度有很大的影响。通过测量化合物的等温磁化曲线,利用Maxwell关系计算了磁熵变,发现样品磁熵变在铁磁一顺磁转变温度处有最大值。当颗粒尺寸减小时,磁熵变峰值明显降低,但熵变峰温度范围变宽,并且体系磁相变由一级相变向二级相变过渡。
2、系统分析了颗粒尺寸对La0.7Ca0.2Ba0.1MnO3化合物磁热效应、电和热性质的影响。结果表明,通过Ba2+离子的替代,在保证得到大磁熵变的同时又可调节居里温度到室温,是获得室温大磁热效应的有效途径。该体系均具有二级相变的特征。这类材料的化学稳定性好,制备容易,成本低,磁制冷热交换时涡流损耗小,是室温区间较好的磁制冷材料。
3、在La0.7Ca0.2Ag0.1MnO3化合物中,用Ag部分替代Ca会导致居里温度上升。随着颗粒尺寸增大,样品磁性在低温区域呈增强趋势,铁磁转变明显增强,导致磁熵变的显著增加。随着颗粒尺寸减小,化合物的磁相变由一级相变转变为二级相变。综合上述系列样品可见,适当调节颗粒尺寸,可以改变样品结构和性能。这些研究结果丰富了钙钛矿结构稀土锰氧化物材料的研究内容,为进一步开发这类材料的应用作了有益的尝试。