無機材料（金属・セラミックス） 磁気冷凍効果

磁気冷凍は磁気熱量効果¹に基づく冷却技術です、すなわち、変動磁場における磁気-熱力学的現象によって、可逆性の温度変化が磁性材料中で起こります。磁性体を周期的に変動する磁場の中に置いた場合、その磁気モーメントは整列した状態とランダムな状態を繰り返し、エネルギーを放出したり吸収したりします。通常、磁気モーメントが磁場の方向に沿った時（エントロピーが減少）エネルギーを放出（発熱）し、磁場がなくなり磁気モーメントがランダムになる（エントロピーが増大）とエネルギーを吸収（吸熱）します。

構造変化を伴った磁気転移が起こると、磁気熱量効果がより顕著になります。この現象はGd₅(Si_xGe_x-4)型の合金^2-4(図1)で起こり、非常に強い(巨大)磁気熱量効果を示します。５テスラの磁場の変動で、Gd₅Si₂Ge₂化合物の磁気熱量効果は室温に近い領域で15Kに達し、これは、金属性Gdなどの最も効果の高い従来の材料を25％～30％上回る効果を示します。

図1　R₅T₄型化合物の異なる4つのタイプの層状構造⁴。
(R = 希土類もしくはアルカリ土類金属、T = Si, Ge, Sn, Ga, In, Sbおよびその組み合わせ)

よって、既存のCFC、HFC、COやアンモニアベースの冷凍機に似た、磁気熱量効果を利用した冷却装置の開発が可能です。その違いは古典的な冷媒気体の圧縮-膨張のサイクルを、固体磁性金属や合金の磁化-消磁に置き換えた点だけです。

アルドリッチでは磁気冷凍用途に適した、磁気熱量効果を示す典型的な材料を取り扱っております(表1)。この材料は米国エネルギー省科学局⁵の基礎エネルギー科学プログラム⁶の研究支援を受けた、同省の「the Ames Laboratory⁷」にて開発されたものです。さらに、弊社機関誌「Material Matters 2-4」の4ページに、Pecharsky教授とGschneidner教授による記事が記載されています。

表1 磁気冷凍効果材料

製品名	外観・純度	製品番号
Gadolinium-silicon germanium alloy, Gd5Si2Ge2	coarse powder, 99% trace metals basis	693510
Gadolinium-silicongermanium alloy, Gd5Si0.5Ge3.5	coarse powder, 99% trace metals basis	693502
Gadolinium	ingot, 99.99% (REM※)	691771
Dysprosium-Erbium-Aluminum alloy, Dy0.8Er0.2Al2	coarse powder	693499

REM：Purity based on Rare Earth Impurities.

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References

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