Mn(Fe,Ni)(Si,Al)化合物的磁性与磁热效应

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hc_z
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MnMX系列化合物呈现磁-结构相变而导致巨磁热效应,引起广泛的关注。尽管如此,其磁热效应性能有待进一步调控优化。本文工作对Mn MX系列化合物中M和X的配比进行调控,分析晶体结构以及磁相变的变化;通过一系列配比固定元素的比例,将优化合成条件,分析其晶体结构,调控居里温度,研究其磁热效应;通过使用甩带法制备条带样品,研究分析了晶体结构以及磁相变特性。主要研究内容总结如下:1.对电弧熔炼铸态MnFe1-xNixSi0.94Al0.06(x=0.35-0.50)系列化合物和1100℃淬火的MnFe0.6Ni0.4Si1-xAlx(x=0-0.08)系列化合物进行结构表征。Mn Fe1-xNixSi0.94Al0.06系列样品主要形成Ti Ni Si型结构和Ni2In型结构,有小量Mn5Si3型杂相。随着Ni含量增加,该系列化合物的居里温度分别为133、168、182和330 K。当x<0.06时Mn Fe0.6Ni0.4Si1-xAlx系列样品均形成Ti Ni Si型结构,x=0.06时两种结构共存,x=0.08的样品具有Ni2In型结构。随Al含量增加,该系列化合物的居里温度TC逐渐降低。结果表明,对于0.06<x≤0.08的化合物呈现磁-结构耦合,导致较大的磁热效应。2.对电弧熔炼铸态MnFe0.53Ni0.47Si1-xAlx(x=0.04,0.05,0.06)系列化合物和不同条件下合成的MnFe0.53Ni0.47Si0.94Al0.06化合物进行结构表征和磁性研究。Mn Fe0.53Ni0.47Si1-xAlx系列样品结晶为Ti Ni Si型结构和Ni2In型结构。在0.04≤x≤0.06范围内样品的居里温度分别为317、313和309 K,x=0.06的样品存在较小的热滞,并磁转变较迅速。铸态Mn Fe0.53Ni0.47Si0.94Al0.06显示Ti Ni Si型和Ni2In型结构共存。由1100℃淬火的化合物呈现几乎单一的Ni2In结构。与铸态和1100℃热处理相比,在900℃热处理并淬火的样品显示出Ti Ni Si型结构、Ni2In型结构和Mn5Si3型结构共存。铸态样品和1100℃淬火的样品表现出铁磁行为,而由900℃淬火的样品没有显示任何铁磁有序。铸态样品在310 K附近呈现一级铁磁转变,具有较小的热滞。在1100℃淬火的样品显示较迅速的铁磁转变,升温时TC=190 K,并存在23 K的热滞。在0到3 T磁场变化下,最大等温磁熵变值为3.8J kg-1 K-1。3.对甩带法制备的MnFe0.6Ni0.4Si1-xAlx(x=0.04-0.08)条带和Mn Fe0.53Ni0.47Si1-xAlx(x=0.05,0.06,0.07)条带进行了结构表征和磁性研究。以不同甩带速率制备Mn Fe0.6Ni0.4Si0.96Al0.04条带,XRD分析表明,本系列化合物均以Ni2In型结构结晶并存在小量非晶成分,居里温度在155 K附近,且不存在热滞。对20、60 rps甩带速率制备的Mn Fe0.6Ni0.4Si0.96Al0.04条带在700℃保温15分钟,并冷水中淬火。这系列条带均以Ti Ni Si型结构、Ni2In型结构和Mn5Si3型结构结晶。磁转变不明显,不存在热滞。以50rps转速制备的Mn Fe0.6Ni0.4Si1-xAlx条带形成Ni2In型结构,并存在小量非晶成分。随Al元素含量增加,居里温度TC分别为157,138,132,128 K。不存在热滞。在1000℃保温30分钟,并水中淬火处理的x=0.06、0.07和0.08的条带均以Ni2In型结构结晶,x=0.04的条带样品主要由Ni2In型结构结晶,有小量的Ti Ni Si型相。以50rps转速制备的Mn Fe0.53Ni0.47Si1-xAlx条带在1100℃保温1小时,并水中淬火。x=0.05和0.06均以Ni2In型结构和Ti Ni Si型结构结晶,x=0.07的条带为Ni2In型结构。x=0.05时,样品的居里温度为316 K。对于x=0.06两相共存样品,在170 K和266 K出现了磁转变,并存在较大的热滞。x=0.04的样品151和248 K处出现一个较平滑的转变。结果表明,Mn Fe0.53Ni0.47Si0.94Al0.06的条带样品在室温附近发生了磁转变,存在较大的热滞。研究结果表明:不同的制备工艺对该系列化合物的结构形成和磁性具有不同的影响。通过成分及制备工艺的调控优化,可获得磁-结构耦合和大磁热效应。
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