Mn-Fe-P-Si化合物热磁发电性能的改进

摘要

热磁发电是将热能直接转化为电能的一种新型发电技术。该技术利用热磁材料在其居里温度附近磁化强度的瞬间变化,引起感应线圈内磁通量的变化,从而在闭合回路中产生电流。本论文工作系统地研究了一种新型的热磁发电演示装置的设计制作,以及所用热磁发电软磁材料 MnFe(P,Si)化合物的制备和热磁发电性能的改进。对MnFe(P,Si)化合物的配比、制备工艺进行了改进。利用X-射线粉末衍射测定了其物相,该化合物形成 Fe2P-型六角结构主相。用振动样品磁强计测定了其磁性能和居里温度。设计制作了一种永磁体驱动热磁发电演示仪,并对MnFe(P,Si)化合物热磁发电性能进行了测试。为热磁发电磁性材料MnFe(P,Si)化合物的实际应用,提供了可靠的实验基础。
　　本论文第一章介绍了人类发电的历史进程以及热磁发电技术和热磁发电材料研究概况,热磁发电研究的意义,本文选题思路及研究内容简介。
　　第二章给出了本论文工作相关的理论基础。主要介绍法拉第电磁感应定律,磁性产生的来源,热磁发电原理。
　　第三章介绍了本论文工作所用仪器设备和数据处理。
　　第四章报道了Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物结构及磁热性能。利用X-射线粉末衍射测试Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物晶体结构,其结构为Fe2P型六角结构,空间群P-62m。利用振动样品磁强计(VSM)测量样品的磁性。实验结果表明,当x=0.55,0.60,0.63和0.65时,其居里温度分别为TC=298,327,334和348 K。通过分析发现Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物随 Si含量的增加居里温度随之增加。测得材料在居里温度附近不同温度下的等温磁化曲线,材料表现出由铁磁态转变为顺磁态。进一步利用热流式差示扫描量热仪测量材料的比热容,实验结果表明:Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物也是随Si含量的增加居里温度随之增加,当x=0.55,0.60,0.63和0.65时,TC=300,321,328和341 K。通过磁性测量和比热容测量得到的居里温度在误差范围内,结果可靠。
　　第五章介绍了热磁发电演示仪制作。利用永磁体强磁场作为驱动磁场是本装置在原来基础上的一大改进,并自制匝数分别为N=1050,2000,2700和3500的线圈。
　　第六章 Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物热磁发电性能研究和改进, Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物 x=0.63和0.65时居里温度分别为334和348 K。这个温度接近工业余热温度,恰好满足热磁发电的需要。本章主要介绍对Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物x=0.63和0.65的热磁发电性能进行了测试,主要对以下三个方面进行了研究。(1)感应电流大小与样品质量关系。(2)感应电流大小与线圈匝数关系。(3)感应电流大小与样品表面积增加、样品表面积上温度梯度的关系。
　　Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物热磁发电性能的研究,为利用工业余热和太阳能发电做探究性的工作,对节能环保和探索新的发电模式都具有重要的意义。 Mn、Fe、P、Si这四种元素矿藏储量丰富,价格低廉易于广泛应用,具有实际应用研究价值。

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第一章 绪言

1.1 人类应用电能的历史

1.2 热磁发电研究的意义

1.3 热磁发电历史

1.4 热磁发电材料的研究

参考文献

第二章 理论基础

2.1 法拉第电磁感应定律

2.2 磁场的产生

2.3软磁性材料铁磁态和顺磁态的转化

2.4热磁发电理论

参考文献

第三章 仪器设备和数据处理软件

3.1数据处理软件

3.2 样品制备和测量仪器设备

3.3实验主要原料及纯度

3.4样品制备和测量过程

参考文献

第四章 Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物结构及磁热性能研究

4.1 Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物制备过程

4.2 Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物物相与晶体结构

4.3 Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物磁性

4.4 Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物DSC测量

4.5 本章小结

参考文献

第五章 热磁发电演示仪的研制

5.1引言

5.2热磁发电装置制作

5.3热磁发电原理

5.4 热磁发电装置制作流程

参考文献

第六章 Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物热磁发电性能研究和改进

6.1引言

6.2 感应电流大小与样品质量关系

6.3 感应电流大小与线圈匝数关系

6.4感应电流大小与样品表面积增加、样品表面上温度梯度的关系

6.5 Mn1.2Fe0.8P1-xSix化合物热磁发电性能研究和改进

参考文献

致谢