钙钛矿结构LaKMnO系列复合材料合成及磁热性能研究

摘要

本论文以LaKMnO为研究对象，将两种不同成分的La0.85K0.15MnO3和La0.9K0.1MnO3按一定的质量比例复合，得到一种在制冷工作温区内磁熵变(△SM)比较平滑的新型材料，从而增大温跨并提高循环效率，取得的主要研究成果如下： 用H5DTPA作为配位酸，成功的制备了掺杂的非晶态配合物前躯体，热重分析和X射线衍射分析结果表明，非晶态配合物前躯体在600℃-1000℃热处理得到单相菱面体晶体结构的La1-xKxMnO3(X=0.1，0.15)，颗粒尺寸范围在30nm-100nm之间，提出一种制备钙钛矿结构材料的新方法。配合物的非晶态配合物前躯体法，能够实现多种金属元素在原子水平上的均相混合，且各金属元素的掺杂可任意调整，容易形成化学计量比及非化学计量比的钙钛矿结构稀土氧化物，通过控制热处理工艺可实现对颗粒尺寸的调控，该方法对制备钙钛矿结构材料具有一定的指导意义。 制备的La1-xKxMnO3(X=0.1，0.15)系列样品用物性测量系统(PPMS)研究磁热性能，测得的居里温度分别是138.0K、274.0K，在H=2T条件下，磁熵变(△SM)分别为1.01J/㎏.K、3.03J/㎏.K。与其他钙钛矿结构稀土氧化物相比，该方法制备的La0.85K0.15MnO3居里温度在室温附近，且有较大的磁热效应(MCE)，H/M-M2曲线表明顺磁-铁磁转变属于二级相变，该材料的磁滞损耗小，有望作为室温磁制冷材料的候选工质。 La0.85K0.15MnO3和La0.9K0.1MnO3按质量比等于3：1混合，经过研磨压片800℃、10h热处理制备的复合材料，用物性测量系统(PPMS)研究磁热性能，材料的居里温度是271.9K，在H=2T条件下，磁熵变(△SM)为1.41J/㎏.K。研究结果表明，复合材料的制冷温跨(△Tcyc)为48.0K，比单一样品La0.85K0.15MnO3的制冷温跨25K增大了92％，这对实现磁制冷材料在室温的利用非常有价值，说明复合方法是增大材料制冷温跨(△Tcyc)的一种有效途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1文献综述

1.1概述

1.2磁制冷材料的发展

1.2.1 Gd基合金及Gd-Si-Ge

1.2.2 La(Fe,Si)13合金

1.2.3 MnFe(P1-xAsx)合金

1.2.4铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga

1.3钙钛矿结构稀土氧化物材料的研究进展

1.3.1钙钛矿结构稀土氧化物掺杂方法及性能

1.3.2钙钛矿结构稀土氧化物的制备方法

1.4磁制冷材料现存问题

1.5本文的选题思路和主要研究内容

2 Lal-XKXMnO3(X=0.1，0.15)系列样品制备、物性及磁热性能研究

2.1样品的制备

2.1.1主要的化学试剂和设备

2.1.2非晶态配合物前躯体制备过程

2.2系列样品的分析表征

2.2.1配合物前驱体热重(TG)和差示扫描量(DSC)热分析

2.2.2配合物前驱体热分解产物相和结构表征

2.2.3形貌和尺寸分布表征

2.2.4磁性能测量

2.3系列样品物性研究

2.3.1非晶态配合物前躯体的热分析

2.3.2晶体结构分析

2.3.3颗粒尺寸及形貌分析

2.4系列样品磁热性能研究

2.4.1磁热效应理论

2.4.2居里温度(Tc)

2.4.3磁热效应(MCE)

2.4.4 H／M-M2曲线

2.5小结

3 Lal-XKXMnO3复合样品可控制备、物性及磁热性能研究

3.1复合样品可控制备过程

3.1.1主要仪器和设备

3.1.2制备工艺

3.2复合样品磁热性能研究

3.2.1居里温度(Tc)

3.2.2磁热效应(MCE)

3.3复合样品的物性研究

3.3.1晶体结构

3.3.2颗粒形貌及尺寸分析

3.4讨论

3.5有待于进一步研究的问题

3.5.1 K的扩散

3.5.2选择体系及调节比例

3.6小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致 谢