メタ磁性転移を利用した巨大磁気冷凍効果作動物質の開発

利用变磁转变开发巨磁制冷效应驱动材料

• 批准号: 14702050
• 负责人: 藤田 麻哉
• 金额: $ 19.39万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702050/
• 关键词: 遍歴電子メタ磁性転移; 磁気熱量効果; 磁気冷凍; 室温磁気冷凍

本年度は、メタ磁性転移が明瞭に現われるLa(Fe_xSi_<1-x>)_<13>化合物(x=0.88〜0.90)を対象とし、これまでの成果を考慮して以下の点について実験考察を行った。1.冷凍機搭載を考慮した試料作製歩留まりの向上昨年度までに、本化合物の磁気熱量効果の評価と動作温度範囲の室温近傍への制御方法検討を数十g程度の試料を用い行ってきたが、実際の冷凍機搭載には、モジュール試験の段階から、数百g〜1kg程度の試料が必要である。そこで、実用的供給を念頭におき、1kg程度の母合金から高歩留まりで目的試料を作成する手法を検討した。高周波炉により作製した溶湯を高熱容量かつ高熱伝導(放熱)を考慮して設計した銅鋳型に鋳込む事で組織制御を行い、500〜800g程度の高品位試料が1バッチで作製できることを明らかにした。2.磁気冷凍動作温度の低温側への拡張本化合物のキュリー温度を低下制御できれば低温域での高効率磁気冷凍が実現でき、気体冷凍の効率が激減する0℃〜-100℃程度で動作する諸々の新規デバイスのための冷凍に応用できる。バンド構造の特徴からはFeを電子数の少ない元素で置換すること、磁気体積効果からは、Laを原子半径がより小さい元素で置換すること、によりT_C低下が予想されたが、実際に各種元素置換により、T_Cの低下制御と、低温域での巨大磁気熱量効果の発現を確認できた。以上および前年度までの結果から、本化合物は高効率な磁気冷凍を100K〜330K程度の温度範囲で永久磁石で発生可能な程度の磁場により実現できる、安価で人畜無害な新材料として非常に有望であると結論できる。

今年，我们将重点关注变磁转变明显的La(Fe_xSi_<1-x>)_<13>化合物(x=0.88-0.90)，并针对以下几点进行实验考虑，同时考虑到我们过去的结果去了。 1.考虑到使用冰箱，提高样品制备产量直到去年，我们已经评估了该化合物的磁热效应，并研究了使用数十克重的样品将操作温度范围控制在接近室温的方法。安装冰箱后，模块测试阶段需要几百克到一公斤的样品。因此，考虑到实际供应，我们研究了一种以约 1 kg 中间合金高产量生产目标样品的方法。据透露，通过将高频炉中制成的熔融金属浇注到设计有高热容量和高导热率（热耗散）记住了。 2.磁制冷工作温度向低温侧扩展如果能够控制该化合物的居里温度更低，就可以在低温范围内实现高效的磁制冷，可以在0℃左右到- 100℃，气体制冷效率大幅降低，可应用于各种新型装置的制冷。根据能带结构的特点，预计用电子数较少的元素代替Fe，并基于磁体积效应，用原子半径较小的元素代替La，T_C会降低。现实中，各种元素通过替代，我们能够确认T_C还原的控制以及低温下巨磁热效应的出现。综合上述和去年获得的结果，该化合物作为一种廉价且对人类和动物无害的新材料是非常有前途的，并且可以使用磁制冷剂在100K至330K的温度范围内实现高效的磁制冷。可以得出永磁体可以产生的磁场大小。

项目成果

Isotropic Giant Linear Magnetostriction and Large Magnetocaloric Effects in La(Fe_xSi_<1_x>)_<13> Itinerant-Electron Metamagnetic Compounds and Their Hydrides

La(Fe_xSi_<1_x>)_<13>巡回电子变磁化合物及其氢化物的各向同性巨线性磁致伸缩和大磁热效应

• 发表时间: 2004
• 期刊: Metals Materials and Processes 15
• 作者: 藤田麻哉 他;藤田麻哉 他;藤田麻哉 他;藤田麻哉 他
• 通讯作者: 藤田麻哉 他

藤枝俊: "Direct Measurement of Magnetocaloric Effects in Itinerant-Electron Metamagnetic La(Fe_xSi_<1-x>)_<13> Compounds and Their Hydrides"J.Magn.Magn.Mater.. (印刷中). (2004)

Shun Fujieda：“流动电子变磁性 La(Fe_xSi_<1-x>)_<13> 化合物及其氢化物中磁热效应的直接测量”J.Magn.Magn.Mater..（出版中）。

藤田麻哉: "Itinerant-Electron Metamagnetic Transition and Large Magnetocaloric Effects in La(Fe_xSi_<1-x>)_<13> Compounds and Their Hydrides"Phys.Rev.B. 67. 104416 (2003)

Maya Fujita：“La(Fe_xSi_<1-x>)_<13>化合物及其氢化物中的流动电子变磁转变和大磁热效应”Phys.Rev.B. 67. 104416 (2003)

Enhancement of Magnetocaloric Effects in La(Fe_<0.90>Si_<0.10>)_<13> and its Hydride by Partial Substitution of Ce for La

Ce部分取代La增强La(Fe_<0.90>Si_<0.10>)_<13>及其氢化物磁热效应

• 发表时间: 2004
• 期刊: Mater.Trans. 45
• 作者: 藤田麻哉 他;藤田麻哉 他;藤田麻哉 他;藤田麻哉 他;藤枝 俊 他
• 通讯作者: 藤枝 俊 他

藤枝俊: "Large Magnetocaloric Effects in NaZn_<13>-type La(Fe_xSi_<1-x>)_<13> Compounds and Their Hydrides Composed of Icosahedral Clusters"Science and Technology of Advamced Materials. 4. 339 (2003)

藤枝俊：“二十面体簇组成的NaZn_<13>型La(Fe_xSi_<1-x>)_<13>化合物及其氢化物中的大磁热效应”先进材料科学与技术，4. 339(2003)。