Er1-xTmxCr2Si2(0≤x≤0.4)低场驱动大磁熵变高性能磁制冷研究OA
Low-field-driven high-performance magnetic refrigeration with giant magnetic entropy change in Er1-xTmxCr2Si2(0≤x≤0.4)compounds
本文系统研究了Tm掺杂对ErCr2Si2基化合物磁相变及磁热效应(MCE)的影响.通过电弧熔炼成功制备了Er1-xTmxCr2Si2(0≤x≤0.4)系列多晶样品.X射线粉末衍射分析及其Rietveld精修结果表明,所有样品均为ThCr2Si2型四方结构(空间群I4/mmm).研究发现,随着Tm掺杂量的增加,饱和磁化强度(MS)由7.7 μB(x=0)降至6.8 μB(x=0.4).在低外加磁场变化(∆μ0H)为0~1 T条件下,x=0.1的样品表现出较优的磁热性能,其最大磁熵变(-ΔSMmax)达到19.7 J/(kg·K),较已报道的未掺杂ErCr2Si2(-ΔSMmax=16.6 J/(kg·K))提升了18.7%,且磁熵变饱和驱动磁场(HS)由0.45 T降至0.40 T.Tm掺杂还显著拓宽了材料的有效制冷温区(Tope),在外加磁场变化为 0~5 T条件下,从x=0的14.1 K(温区为2~16.1 K)扩展至x=0.4的17.3 K(温区为2~19.3 K),增幅为22.7%.此外,热滞损耗(ΔThys)和平均磁滞损耗(Wave)随掺杂量的增加而减小,分别从x=0的0.33 K和2.28 J/kg降低至x=0.4的0.22 K和0.89 J/kg,降幅分别为33.3%和60.9%.Arrott曲线、幂律指数拟合及约化磁熵变普适曲线均表明该体系具有典型二级相变特性,其较小的热滞和磁滞损耗有利于工业磁制冷的实际应用.
The effect of Tm doping on the magnetic phase transition and magnetocaloric effect(MCE)of ErCr2Si2-based compounds were systematically investigated.A series of polycrystalline Er1-xTmxCr2Si2(0≤x≤0.4)samples were successfully synthesized by the arc-melting method.X-ray powder diffraction combined with Rietveld refinement indicated that all samples crystallized in the ThCr2Si2-type tetragonal structure with space group I4/mmm.It was found that with increasing Tm concentration,the saturation magnetization(MS)decreased from 7.7 μB(x=0)to 6.8 μB(x=0.4).Under a low magnetic field(Δμ0H)change of 0-1 T,the x=0.1 sample exhibited the optimal magnetocaloric performance,with maximum magnetic entropy change(-ΔSMmax)of 19.7 J/(kg·K),representing an enhancement of 18.7%compared with the reported undoped ErCr2Si2(-ΔSMmax=16.6 J/(kg·K)).Moreover,the saturation driving magnetic field HS corresponding to the magnetic entropy change decreased from 0.45 T to 0.4 T.Tm doping also significantly broadened the effective refrigeration operating temperature window(Tope).Under a magnetic field change of ∆μ0H=0-5 T,Tope expanded from 14.1 K(2-16.1 K)for x=0 to 17.3 K(2-19.3 K)for x=0.4,corresponding to an increase of approximately 22.7%.In addition,both the thermal hysteresis loss(ΔThys)and the average magnetic hysteresis loss(Wave)decreased with increasing Tm concentration,from 0.33 K and 2.28 J/kg at x=0 to 0.22 K and 0.89 J/kg at x=0.4,representing reductions of about 33.3%and 60.9%,respectively.Arrott plots,power-law critical exponent fitting,and the universal behavior of the reduced magnetic entropy change curves consistently demonstrated that this system exhibited typical second-order magnetic phase transition characteristics.Its small thermal and magnetic hysteresis losses were considered beneficial for practical applications in industrial magnetic refrigeration.
李强;杜艳敏;王占林;方春生;马胜灿;罗小华;陈长材
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矿业与冶金
ErCr2Si2基合金低温磁制冷低场大磁熵变二级磁相变
ErCr2Si2-based alloylow-temperature magnetic refrigerationgiant magnetic entropy change under low magnetic fieldsecond-order magnetic phase transition
《有色金属科学与工程》 2026 (4)
495-505,11
国家自然科学基金资助项目(52461033,52561035)江西省自然科学基金项目(20242BAB25206)江西省主要学科学术和技术带头人培养计划领军人才项目(20204BCJ22004)江西省金属磁性材料与器件重点实验室项目(2024SSY05061)江西理工大学高层次人才科研启动项目(205200100567)
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