Перспективные магнитокалорические материалы на основе сплавов Гейслера

1. Реферат на тему «Перспективные магнитокалорические материалы на основе сплавов Гейслера»

Реферат на тему
«Перспективные
магнитокалорические материалы
на основе сплавов Гейслера»
Выполнил: студент группы ФФ-206
Гарипов Равиль Ринатович
Научный руководитель: кандидат физико-математических наук
Матюнина Мария Викторовна

2.

Введение
На сегодняшний день большое внимание, как научного сообщества, так и
индустрии уделяется технологии магнитного охлаждения, в которой в качестве
хладагента вместо газа используются твердотельные материалы.
Цель реферата:
Раскрыть тему в части понятия магнитокалорика: чем интересна, какие требования и
характеристики предъявляются к рабочим материалам, чем примечательны сплавы
Гейслера, теоретические основы МКЭ, какие были проведены экспериментальные
исследования.

3. Сплавы Гейслера. Типы кристалической структуры.

Немецким химиком Фрицем Гейслером (Fritz Heusler) в 1903 г. были открыты
сплавы Гейслера – в частности, соединение Cu2MnAl, проявляющее сильные
ферромагнитные свойства с высокой точкой Кюри (хотя каждый из элементов, его
составляющих – Cu, Mn и Al, не является ферромагнетиком). С тех пор найдено
около 1500 различных сплавов Гейслера, которые обладают многообразными
функциональными свойствами. Среди них: соединения с эффектом памяти формы
и гигантским магнитокалорическим эффектом, термоэлектрики, сплавы с
необычными тепловыми и полупроводниковыми свойствами, сверхпроводники и
многие другие.

4.

(а) полный сплав X2YZ (структура L21), (б) - половинный сплав XYZ (структура C1b) и
(в) - инверсный сплав X2YZ (структура XА).
В.В. Марченков, В.Ю. Ирхин. Полуметаллические ферромагнетики, спиновые бесщелевые полупроводники
топологические полуметаллы на основе сплавов Гейслера: Теория и эксперимент // ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2021, том 122, № 12, С. 1223

5. Кристаллическая структура полного сплава Гейслера X2YZ с типом решетки Cu2MnAl (а) и инверсионного сплава Гейслера с решеткой

типа Hg2TiCu (б).
Голубым цветом выделены тетрагональные ячейки. (в) Схематическое
изображение структурного механизма перестройки кубической решетки в
тетрагональную по Бейну.
В.В. Марченков, В.Ю. Ирхин. Полуметаллические ферромагнетики, спиновые бесщелевые полупроводники
топологические полуметаллы на основе сплавов Гейслера: Теория и эксперимент // ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2021, том 122, № 12, С. 1224

6.

Охлаждение
образца
Нагрев
образца
Адиабатическое намагничивание
Адиабатическое размагничивание

7. Схематические температурные зависимости энтропии магнитного материала в окрестностях фазового перехода II рода в отсутствие

магнитного поля и его
наличии.
В.В. Соколовский, О. Н. Мирошкина, В. Д. Бучельников. Обзор современных теоретических методов исследования
магнитокалорических материалов. // ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2022, том 123, No 4, с. 346

8. Схематические температурные зависимости энтропии магнитного материала в окрестностях фазового перехода I рода в отсутствие

магнитного поля и при его
наличии для случаев (а) прямого и (б) обратного МКЭ. Температурный
гистерезис исключен для ясности изображения.
В.В. Соколовский, О. Н. Мирошкина, В. Д. Бучельников. Обзор современных теоретических методов исследования
магнитокалорических материалов. // ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2022, том 123, No 4, с. 347

9. Экспериментальные результаты.

Образец Ni50Mn35In14.9Ag0.1
Температурные зависимости удельного магнитного момента Mm(T) для образца
состава Ni50Mn35In14.9Ag0.1 представлены на Рис. 6 для слабого и сильного
магнитных полей. На графики нанесены характерные температуры: начала
перехода из мартенситной фазы в аустенитную - AS и его завершения - AF, начала
перехода из аустенитной фазы в мартенситную - MS и его завершения - MF.

10. Рис 6. Рентгенограмма для сплавов Ni50Mn35In15-xAgx

Pandey, S. The effects of substituting Ag for In on the magnetoresistance and magnetocaloric properties of Ni-Mn-In
Heusler alloys / S. Pandey [et al] - AIP ADVANCES 2016 6, 056213.
Рис 6. Рентгенограмма для сплавов Ni50Mn35In15-xAgx

11. Температурная зависимость удельного магнитного момента Mm сплава при охлаждении и нагреве в сильном и слабом магнитных полях.

Д.Г. Пастернак. Особенности магнитокалорического эффекта в сплавах Гейслера на основе никеля-марганцаиндия-серебра, c. 22

12. Температурные зависимости производной удельного магнитного момента по температуре dMm⁄dT сплава Ni50Mn35In14.9Ag0.1 в слабом

поле и величины МКЭ
ΔTAD при охлаждении и нагреве
Д.Г. Пастернак. Особенности магнитокалорического эффекта в сплавах Гейслера на основе никеля-марганца-индиясеребра, c. 23

13. а) Зависимость изменения магнитной части энтропии ∆S сплава от температуры при нагреве и магнитного момента М от напряжённости

магнитного поля при нагреве для
различных температур в диапазоне б) 320-336К, в) 338-350К
Д.Г. Пастернак. Особенности магнитокалорического эффекта в сплавах Гейслера на основе никеля-марганца-индиясеребра, c. 24

14. Заключение

Магнитокалорика очень перспективное направление, но на данный момент
существуют серьёзные причины почему такие холодильные установки не вышли в
массовое производство. Чтобы устройство магнитного охлаждения было эффективным
и способно было отводить требуемое количество теплоты, материал должен
демонстрировать большую величину МКЭ. Материалы с фазовым переходом 2 рода не
подходят, так как величина МКЭ в таких материалах очень мала. В отличие от них
материалы 1 рода демонстрируют большой МКЭ, однако в этом случае возникает
другая проблема, гистерезис. Таким образом, поиск материалов, подходящих для
использования в технологии магнитного охлаждения, а также синтез таких материалов
является одной из наиболее важных задач современных фундаментальных и
прикладных наук.