Материал для магнитных рефрижераторов на основе монокристаллов арсенида марганца

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МАТЕРИАЛ ДЛЯ МАГНИТНЫХ РЕФРИЖЕРАТОРОВ НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ АРСЕНИДА МАРГАНЦА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Митюк Виктор Иосифович Говор Геннадий Антонович Рыжковский Владимир Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Материал для магнитных рефрижераторов на основе монокристаллов арсенида марганца со структурой 8, отличающийся тем, что часть мышьяка замещена фосфором, при этом химический состав материала соответствует формуле 1-, где 0,02. Изобретение относится к области синтеза магнитных материалов на основе марганца,мышьяка и фосфора и может быть использовано в магнитных рефрижераторах. Для разработки новых магнитных рефрижераторов необходим поиск новых материалов с гигантским магнитокалорическим эффектом (МКЭ), создающим возможность понижения температуры материала при наложении магнитного поля. Например, к числу таких материалов относится соединение на основе неодима и кобальта, при этом химический состав соответствует формуле 5 с величиной магнитокалорического эффекта 1,6 С 1. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является магнитный материал арсенид марганцас намагниченностью насыщения 3,4 на атом марганца, точка Кюри которого составляет К 3132. Известно, что- это ферромагнетик. Значение магнитного вклада в энтропию, или величина магнитокалориче 16493 1 2012.10.30 ского эффекта, в этом соединении равно 30,86 Дж/кг при изменении магнитного поля от 0 до 3 , что составляет 4,16 С 3. Недостатком этого материала является то, что величина МКЭ недостаточно велика с указанными выше значениями. Это ограничивает применение названного материала в холодильных устройствах, основанных на магнитном охлаждении. Задача изобретения - увеличить величину МКЭ материала на основесо структурой типа 8, что обеспечит возможность использования таких материалов при изготовлении магнитных рефрижераторов. Предложен материал для магнитных рефрижераторов на основе монокристаллов арсенида марганца, содержащий ,со структурой 8. Новым, по мнению авторов, является то, что часть мышьяка взамещена фосфором, при этом химический состав материала соответствует формуле 1-, где 0,02. Сущность изобретения состоит в получении нового магнитного материала на основес улучшенными магнитокалорическими свойствами. Монокристаллы арсенида марганца и соединений на его основе получались методом Стокбаргара-Бриджмена. Исходные компоненты помещались в кварцевую ампулу с коническим хвостовиком. Диаметр используемой ампулы составлял 6-10 мм при угле конуса ампулы 45. Ампула опускалась из зоны расплава вдоль зоны кристаллизации со скоростью 2-3 мм/час. Для улучшения условий зарождения и роста монокристаллов внутренняя поверхность кварцевой ампулы покрывалась тонким слоем оксида алюминия. Для определения фазового состава были измерены дифрактограммы визлучении на порошковых образцах. Анализ дифрактограмм показал, что образцы являются однофазными. Предварительная ориентация кристаллов, заключающаяся в определении осей легкого и трудного намагничивания, производилась в магнитном поле. После предварительного ориентирования монокристаллов в магнитном поле плоскости легкого и трудного намагничивания выводились рентгеновским методом с точностью в несколько минут. Легкое направление совпадает с кристаллографическим направлением 110, а трудное направление с 001. Для определения изотермического изменения энтропии в области магнитного фазового перехода в материале были проведены измерения намагниченности в статических полях до 14 . Изотермы намагничивания измерялись по индукционной методике на вибрационном магнитометрефирмы. Измерения намагниченности и соответственный расчет магнитокалорического эффекта производились вдоль оси легкого и трудного намагничивания. Для определения изотермического изменения магнитной части энтропии при фазовом переходе были измерены изотермы намагничивания при последовательном уменьшении температуры (с небольшим шагом ) вблизи точки фазового перехода. Изотермы намагничивания для 0,980,02 в направлении трудного намагничивания показаны на фиг. 1. Видно, что при температурах вблизинаблюдаются скачки намагниченности в полях,превышающих критическое значение кр. Этот эффект связан с тем, что прикр магнитное поле индуцирует в парамагнитной фазе ферромагнитное упорядочение. Для расчета изменения магнитной энтропииобычно используют соотношение Максвелла,(1),,где- общая энтропия,- индукция магнитного поля,- температура,- давление,намагниченность на единицу объема. Для изотермически-изобарического процесса получим(2).Для изменения общей энтропии при изменении внешнего магнитного поля от 0 до 0 можно с учетом (2) приближенно записать Изотермическое изменение энтропии при температуре 1 2 определяется пло 2 щадью между двумя магнитными изотермами, снятыми при температурах 1 и 2, поделенной на разность температур 21, между ними. Формулировка в виде (3) используется для численного определения зависимостейиз серии экспериментальных изотерм намагничивания, снятых последовательно через небольшой интервал температур . Из изотерм намагничивания в соответствии с выражением (3) были рассчитаны изотермические изменения энтропиипри заданном изменении магнитного поля для ряда температур и построены зависимости - (фиг. 2). Все измерения проводились при последовательном уменьшении температуры с шагом 4-5 и увеличении магнитного поля с шагом 0,1 . Было найдено, что максимальное изменение магнитной энтропии для 0,980,02 составляет примерно 50 Дж/кг или по температуре 7 С при изменении магнитного поля от 0 до 14 . На фиг. 2 показана зависимость - для диапазона изменения магнитного поля от 0 до 14 . Таким образом, синтезирован магнитный материал 1-, где 0,02, с более высоким по сравнению сзначением магнитокалорического эффекта. Частичное замещение мышьяка на фосфор в пределах фазы 8 повышает значение магнитокалорического эффекта или соответственно вызывает большее изменение температуры материала при изменении магнитного поля, что позволит использовать его в магнитных рефрижераторах. Преимуществом заявляемого материала по сравнению с известными является улучшение экономических характеристик магнитных рефрижераторов при его использовании. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.