用差示扫描量热法研究磁相变材料的热效应

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:erdongzi
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随着一级相变材料中巨大磁热效应的发现,近年来室温磁致冷技术的开发和应用越来越引起人们的关注。在已知的室温磁致冷材料中,MnFe(P,Si)化合物以其优异的磁热效应性能和廉价的原料特点,引起人们的研究兴趣。Cam Thanh等研究了该系列化合物的制备以及磁热效应性能,结果表明:MnFeP1-xSix化合物在0.44≤x≤0.60成分范围内形成Fe2P-型六角结构,并经历铁磁到顺磁的一级相变。比热测量法是研究相变及热效应的一种有效方法。但由于一级相变存在潜热,用传统比热测量方法很难测定一级相变材料的比热。差示扫描量热法具有操作简便,测量时间短,试样用量少(几十毫克),精确度较高等显著优点。因而近年来得到广泛的应用。本文用差示扫描量热法测量了MnFe(P,Si)化合物的比热,通过比热研究了化合物的相变及热效应。研究结果表明,Mn2-xFexP0.51Si0.49(x=0.8,0.85,0.9,0.95,1.0)系列化合物比热在相变附近有反常行为,随着Fe含量的增加,反常峰向高温区移动。x=0.8时化合物的相变温度最小,最小值为280.8K;x=1.0时化合物的相变温度最大,最大值为345.7K;该结果与磁性测量基本一致。该系列化合物熵在相变附近有阶梯式变化,即相变点熵不连续变化,说明该系列化合物经历了一级相变。通过熵—温曲线,确定了化合物的相变过程的熵变和两相共存区的温度跨度。随着x含量的增加,熵变S和两相共存区的温度跨度T均增加。当Fe含量为1.0时化合物的相变过程的熵变和两相共存区的温度跨度最大,最大值分别为10J/mol-K﹑16.2K。研究结果表明,Mn1.3Fe0.7-xP0.45Si0.55(x=0.0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)系列化合比热反常峰峰值温度(即相变温度)随着x含量的增加,先增加后减小。峰值温度在239.2~303.8K之间变化,x=0.1时化合物的相变温度最小,x=0.04时化合物的相变温度最大。x值在0.0至0.04之间变化时,化合物熵—温曲线有明显的阶梯式变化,x含量继续增加时,阶梯式变化越来越不明显。其原因为,随着缺Fe含量的增加,该系列化合物经历一级相变逐渐转变为二级相变的过程。该系列化合物的相变过程的熵变和两相共存区的温度跨度变化没有规律。Fe含量为0.7时,化合物的熵变最大,最大值为5.3J/mol-K。Fe含量为0.62时,化合物的两相共存区的温度跨度最大,最大值为8.9K。研究结果表明,Mn1.2Fe0.8-xCoxP0.48Si0.52(x=0.0,0.01,0.03,0.05)系列化合物的比热在相变区内,出现了吸热峰,峰值温度随着Co含量的增加而减小,并在室温附近可调。随着x含量的增加,该系列化合物的相变过程的熵变和两相共存区的温度跨度均减小。x=0.0时化合物的熵变最大,最大值为7.8J/mol-K。本文还研究了DSC不同升降温扫描速率对以上三个系列化合物相变的影响。结果发现,相变的峰宽度和峰值对扫描速率很敏感。随着升/降温速率的增加,峰值温度增高/减小﹑峰宽度增大﹑相变热滞增加。基于这种,因不同扫描速率引起的偏离实际大小的现象,用外推法确定了MnFe(P,Si)化合物实际的相变热滞大小。
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