宁波材料所非晶磁制冷材料研究进展显著

磁制冷相比于传统的气体压缩制冷具有制冷效率高、噪音低、体积小、绿色环保无污染、使用温度宽和应用领域广等优点，受到世界各国科技界的关注。磁制冷领域的一个关键课题就是开发具有大磁热效应的新型磁制冷材料。衡量磁致冷材料的重要指标一是具有高的绝热温变，主要由材料磁熵变值决定；再者是制冷能力RC，通常由磁熵变峰值与其半高宽δTFWHM乘积来衡量。传统的晶态磁致冷材料，如Gd(Ge1-xSix)、La(Fe1-xSix)13等体系，由于是一级相变，虽然在居里温度附近具有高的磁熵变，但是其相转变温区较窄，制冷能力较低。近些年，具有二级相变的非晶材料由于非晶的无序结构使得磁转变具有较宽的温区，在磁制冷领域表现出独特的优势，引起人们的广泛关注。

中国科学院磁性材料与器件重点实验室软磁课题组前期在非晶磁制冷材料方面取得了一系列研究成果。在各向异性较小的Gd基非晶合金中获得了优异的磁制冷性能：在5T磁场下磁熵变峰值为9.25J.Kg-1.K-1，RC为851J.kg-1 [J. Appl. Phys. 2012 (111): 07A937；Appl. Phys. Lett. 2012 (101): 032405]。另外，通过重稀土元素调控实现了对Fe基非晶合金的非晶形成能力，磁转变温度和磁制冷性能的调控[J. Appl. Phys. 2014 (116): 063902]。

最近在前期工作的基础上，中科院宁波材料技术与工程研究所副研究员霍军涛等人通过在稀土基非晶合金引入结构混合熵，开发了一系列具有优异磁热性能的高熵非晶合金。所开发的高熵非晶合金都具有较大的磁熵变峰值和RC，高熵非晶合金Ho20Er20Tm20Co20Al20在5T外场下的磁熵变峰值可以达到15.0J.Kg-1.K-1，高熵非晶合金的RC可以达到691J.kg-1 。研究发现高熵非晶合金的自选玻璃的磁转变行为和复杂的成分结构致使其具有更宽的磁转变区间，即更大的δTFWHM，高熵非晶合金Ho20Er20Tm20Co20Al20的δTFWHM可以达到116 K，这也是其具有较大RC的根本原因。另外，通过改变高熵非晶合金的稀土元素和铁磁性元素的种类，实现了对其非晶形成能力、磁转变温度、磁熵变和磁制冷能力的大范围调控。本研究不仅开发出一系列具有优异磁制冷性能的工质材料，而且为磁制冷工质材料提供了一种新型的模型体系。

相关研究结果发表在Intermetallics, 2015 (58): 31-35和Journal of Applied Physics, 2015 (117): 073902上，并申请国家发明专利一项（申请号：201410310509.6）。

上述研究工作得到了国家自然科学基金（51301188）、宁波市自然科学基金（2014A610165）及中国博士后科学基金（2013M541804）等项目的支持。