[00942702]高效磁制冷锰氧化物材料的基础及应用

制冷技术在现代人类活动中具有非常重要的作用，被广泛应用于工业、农业、商业、医药、国防及日常生活等领域。传统的气体压缩/膨胀制冷技术存在着效率低、能耗大、排放气体对臭氧层有破坏作用等缺点。近年来，随着环境污染问题的突出和人们环保意识的提高，发展低碳经济已成为世界各国共同的抉择。磁制冷技术作为一种高效的、低能耗的绿色环保高新技术，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力，是国际上的研究热点之一。磁制冷技术的核心问题是关于磁制冷工质的研究。寻找到小磁场下，工作温度处于室温附近的工质材料，就能实现室温磁制冷，将产生巨大的社会效益和经济效益。 课题组团队在国家自然科学基金等支持下，将工质材料研究的对象集中到钙钛矿结构的锰氧化物，该类材料由于原材料价格适中，性质稳定，制备工艺不复杂，且该材料的居里温度容易调节等优点，这些对于研发经济实用型的磁制冷工资材料是十分有益的。 在过去的六年中，主要科学发现有以下四点：(1)揭示出调控钙钛矿锰氧化物材料铁磁卡效应的一般规律，在铁磁性最佳的x=0.3组份中，当A位少量掺入（通常不超过百分之十）具有大磁矩的稀土离子（比如Nd，Dy等），材料的磁熵变可以显著地提高，并得到很大的磁卡效应。课题组提出磁性离子的无序分布所导致的体系磁无序效应是引起这一变化的关键所在。(2)在国际上首次提出了利用求Arrott图形中的相对斜率办法，从而准确地选择一个合理的理论模型来分析实验结果。揭示出钙钛矿锰氧化物材料顺磁-铁磁相变的一般规律，其相变机理主要为平均场模型和3D海森堡模型。(3)在国际上提出了一种新的研究临界相变行为的方法，即通过计算磁场相干的磁熵变并结合居里点附近材料的磁化行为应满足Widom标度关系，可以利用求解方程的形式得到有关的临界指数，从而避免传统方法中使用多步的非线性拟合而导致临界指数的不确定性。(4)揭示出纳米结构的钙钛矿锰氧化物材料磁相变的变化规律和磁卡效应的产生机理。研究发现对于纳米结构的该类氧化物材料只有实现可控有序生长才能实现大磁卡效应。在此科研项目中课题组共发表了SCI学术论文33篇，其中8篇代表作总SCI引用次数为197次，SCI他引总次数为147次。课题组所提出利用相对斜率来选择理论模型的方法已成为临界行为研究领域通用的研究手段，被国际同行广泛使用。另外课题组的研究工作还发现了理想组份的工质材料。这些工作不仅对制备出室温磁制冷样机提供了重要的科学依据，同时为澄清该类强关联材料的中多重有序结构和耦合作用奠定了理论基础。