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摘要

具有优良磁热性能的材料是磁制冷技术应用的关键. 本文设计制备出了一种非晶态四元Gd ₄₅Ni ₃₀Al ₁₅Co ₁₀合金条带, 系统地研究了该合金的磁热性能. Co的引入增加了合金的非晶态热稳定性, 扩大了过冷液相区宽度. Gd ₄₅Ni ₃₀Al ₁₅Co ₁₀非晶态合金条带的居里温度和有效磁矩分别为80 K和7.21 μ _B, 在10 K温度下饱和磁化强度达到173 A·m ²·kg ^–1, 矫顽力为0.8 kA·m ^–1, 具有优异的软磁性能. 在5 T的外加磁场下, Gd ₄₅Ni ₃₀Al ₁₅Co ₁₀非晶态合金的磁熵变峰值和相对制冷能力分别高达10.2 J·kg ^–1·K ^–1和918 J·kg ^–1. 该合金具有典型的二级磁相变特征, 可以在较宽的温度范围内实现磁制冷, 且Gd原子含量低于50%, 成本较低, 表明该合金是一种理想的磁制冷材料.

关键词:

Abstract

Materials with excellent magnetocaloric properties are a key factor for the application of magnetic refrigeration technology. In this work, an amorphous ribbon of quaternary Gd ₄₅Ni ₃₀Al ₁₅Co ₁₀alloy is designed and prepared, and the magnetocaloric properties of the alloy are systematically studied. The introduction of Co can improve the thermal stability of the amorphous structure. The Curie temperature and effective magnetic moment of Gd ₄₅Ni ₃₀Al ₁₅Co ₁₀amorphous ribbon are 80 K and 7.21 μ _B, respectively. At 10 K temperature, the saturation magnetization and the coercivity of the alloy reach 173 A·m ²·kg ^–1and 0.8 kA·m ^–1, respectively, which indicates excellent soft magnetic properties. At 5 T magnetic field, the peak value of magnetic entropy change and relative cooling capacity of Gd ₄₅Ni ₃₀Al ₁₅Co ₁₀amorphous alloy are as high as 10.2 J·kg ^–1·K ^–1and 918 J·kg ^–1respectively. The amorphous alloy has typical secondary magnetic phase transition characteristics, and the magnetic refrigeration can be realized in a wide temperature range. The Gd atomic content is less than 50% with low cost, which means that the alloy is an ideal magnetic refrigeration material.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:余鹏,pengyu@cqnu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 52071043)和重庆市教委科学技术研究重点项目(批准号: KJZD-K201900501)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Yu Peng,pengyu@cqnu.edu.cn

Funds:Project supported by the National Nature Science Foundation of China (Grant No. 52071043) and the Key Project of Science and Technology Research Program of Chongqing Education Commission of China (Grant No. KJZD-K201900501).

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施引文献

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合金	T_g/K	T_x/K	∆T_x/K	T_m/K	T_l/K	γ
Gd₅₅Ni₃₀Al₁₅	576	620	44	911	962	0.40
Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀	525	605	80	930	1231	0.35

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合金	结构	T_c /K	$-\Delta S^{{\rm{peak}}} _{\rm{m}} $/ (J·kg^–1·K^–1)	RCP/ (J·kg^–1)	参考文献
Gd₄₅Ni₃₀Al₁₅Co₁₀	A	80	10.2	918	本文
Gd₆₅Ni₃₅	A	122	6.9	524	[38]
Gd₆₈Ni₃₂	A	124	8	583	[38]
Gd₇₁Ni₂₉	A	122	9	724	[38]
Gd₆₀Ni₃₇Co₃	A	135	10.42	860	[17]
Gd₃₄Ni₃₃Al₃₃	A	38	11.06	—	[20]
Gd₅₅Ni₁₅Al₃₀	A	70	6.12	606	[24]
Gd₅₅Ni₂₀Al₂₅	A	71	7.98	782	[24]
Gd₅₅Ni₂₅Al₂₀	A	75	8.49	806	[24]
Gd₅₅Ni₃₀Al₁₅	A	83	9.25	851	[24]
Gd₃₄Ni₂₂Co₁₁Al₃₃	A	54	9.91	—	[39]
Gd₅₅Al₂₀Co₂₀Ni₅	A	105	9.8	615	[40]
Gd₆₀Al₂₅(NiCo)₁₅	A	91	6.31	890	[21]
Gd	C	293	9.7	556	[30]
Gd₅Si₂Ge₂	C	276	18.6	305	[31]

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