วัสดุขั้นสูงสำหรับการระบายความร้อนด้วยแม่เหล็ก

Prof. V. K. Pecharsky, Prof. K. A. Gschneidner, Jr.

Ames Laboratory, Iowa State University

Material Matters 2007, 2.4, 4.

บทนำ

ปัจจุบันเครื่องทำความเย็นที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับห้องเกือบทั้งหมดขึ้นอยู่กับวงจรการทำความเย็นแบบอัดไอ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาทุกส่วนของตู้เย็นเชิงพาณิชย์เช่นคอมเพรสเซอร์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสารทำความเย็นและบรรจุภัณฑ์ได้รับการปรับปรุงอย่างมากเนื่องจากความพยายามในการวิจัยและพัฒนาที่กว้างขวางซึ่งดำเนินการโดยนักวิชาการและอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตามการปรับปรุงที่ประสบความสำเร็จและคาดว่าจะเกิดขึ้นในเทคโนโลยีการทำความเย็นแบบเดิมจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากเทคโนโลยีนี้อยู่ใกล้กับขีดจำกัดพื้นฐานของการประหยัดพลังงานแล้ว นอกจากนี้คลอโรฟลูออโรคาร์บอนไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนและสารเคมีอื่นๆที่ใช้เป็นสารทำความเย็นในที่สุดก็หนีเข้าสู่สภาพแวดล้อมที่ส่งเสริมการลดลงของชั้นโอโซนและภาวะโลกร้อน โดยทั่วไปแล้วเครื่องทำความเย็นที่ใช้สารเคมีเหลวเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสะสมที่เป็นอันตรายในสภาพภูมิอากาศโลก

เครื่องทำความเย็นจะขึ้นอยู่กับการใช้งานของร่างกายที่ทำงานซึ่งจะเปลี่ยนอุณหภูมิในการตอบสนองต่อตัวกระตุ้นอุณหพลศาสตร์บางอย่างเพื่อให้วัตถุเย็นลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะต้องทำได้อย่างรวดเร็วซ้ำๆย้อนกลับและมี การสูญเสียพลังงานขั้นต่ำ เนื่องจากสนามแม่เหล็กสามารถจับคู่กับช่วงเวลาแม่เหล็กของอะตอมแต่ละตัวในของแข็งได้อย่างมีประสิทธิภาพสนามแม่เหล็กจึงเป็นหนึ่งในตัวแปรอุณหพลศาสตร์ทั่วไปที่สามารถเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของของแข็งแม่เหล็กได้ ความร้อนและความเย็นของวัสดุ ferromagnetic อ่อนในการตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นและลดลงสนามแม่เหล็กตามลำดับได้รับการรู้จักตั้งแต่ส่วนหลังของ ศตวรรษที่ 1 9 เมื่อ Warburg รายงานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิย้อนกลับขนาดเล็กแต่วัดได้ในเหล็กบริสุทธิ์ในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก 1 วันนี้, ปรากฏการณ์นี้ได้รับการยอมรับว่าเป็น ผล magnetocaloric (MCE) และวัสดุที่แสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิขนาดใหญ่และย้อนกลับได้ในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กมักจะเรียกว่า วัสดุ smagnetocaloric ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเมื่อเปลี่ยนกระบวนการทางกล (การบีบอัดและการขยายตัวของไอ) ด้วยกระบวนการอิเล็กทรอนิกส์ (การดึงดูดและการขจัดแม่เหล็กของของแข็ง) เพื่อให้ได้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่  สามารถย้อนกลับได้เป็นอย่างมากดังนั้นการทำความเย็นแบบแม่เหล็กของ makin gmagnetic จึงไม่มีเทคโนโลยีการระบายความร้อนแบบโซลิดสเตทที่ทำงานได้และประหยัดพลังงาน

เอฟเฟ็กต์แมกนิโทคาโลริก

ผล magnetocaloric เกิดขึ้นเมื่อ sublatice แม่เหล็กควบคู่กับสนามแม่เหล็กภายนอกส่งผลกระทบต่อส่วนแม่เหล็กของเอนโทรปีทั้งหมดของของแข็ง คล้ายกับการบีบอัดความร้อนใต้พิภพของก๊าซในระหว่างที่ความผิดปกติของตำแหน่งและองค์ประกอบที่สอดคล้องกันของเอนโทรปีทั้งหมดของระบบก๊าซจะถูกระงับการเปิดเผย paramagnet ใกล้กับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์หรือ ferromagnet ใกล้กับอุณหภูมิ Curie, T_Cเพื่อการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็ก (ข) จากศูนย์ถึงค่าที่ไม่ใช่ศูนย์หรือโดยทั่วไปจากค่าเริ่มต้นใดๆ _Bi ไปยัง _{BF ที่มีค่าสูงกว่าสุดท้าย} (DB = _BF - _Bi > 0 ช่วยลดความผิดปกติของระบบสปินได้อย่างมาก ดังนั้นส่วนแม่เหล็ก (SM) ของเอนโทรปีทั้งหมด (S) จึงลดลงอย่างมาก ในกระบวนการที่ย้อนกลับได้ซึ่งคล้ายกับการขยายตัวของก๊าซที่อุณหภูมิคงที่การสลายตัวของความร้อนใต้พ ิภพ (DB < 0) จะคืนค่าเอนโทรปีแม่เหล็กของระบบให้เป็นศูนย์ ผล magnetocaloric ดังนั้นจึงสามารถวัดเป็นปริมาณอุณหพลศาสตร์ที่กว้างขวางซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลง entropy แม่เหล็ก isothermal, DS_M

เมื่อก๊าซถูกบีบอัดแบบอะเดียบาติกเอนโทรปีทั้งหมดจะยังคงอยู่ในขณะที่ความเร็วของโมเลกุลของส่วนประกอบและดังนั้นอุณหภูมิของก๊าซทั้งสองจะเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกันผลรวมของตาข่ายและเอนโทร ปีอิเล็กทรอนิกส์ของของแข็งจะต้องเปลี่ยนโดย -D S Mas อันเป็นผลมาจากการดึงดูดแบบอะเดียแบติก (หรือการขจัดแม่เหล็ก) ของวัสดุจึงนำไปสู่การเพิ่มขึ้น (ลดลง) ของเอนโทรปีของตาข่าย สิ่งนี้นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบอะเดียแบติก D TAD ซึ่งเป็นปริมาณอุณหพลศาสตร์ที่เข้มข้นซึ่งใช้ในการวัดและวัดปริมาณผลแมกนิโทคาโลริก

วัสดุ Magnetocaloric มาตรฐาน— Gd

สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง Gd โลหะหายากของโลกคือวัสดุทำความเย็นแบบแม่เหล็กมาตรฐาน มันมีคุณสมบัติ magnetocaloric ที่ยอดเยี่ยมที่ยากต่อการปรับปรุง ไม่น่าแปลกใจเลยที่โลหะถูกนำมาใช้ในการสาธิตการระบายความร้อนในบริเวณที่ใกล้โดยรอบก่อนโดยใช้เอฟเฟกต์แมกนิโทคาโลริก^{2 – 4} แกโดลิเนียม (263087, 261114, 263060, 691771) ถูกนำมาใช้เป็นสารทำความเย็นที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์ตู้เย็นหลักฐานหลักที่ประสบความสำเร็จครั้งแรก⁴ แกโดลิเนียมโลหะได้สร้างทั้งหมดหรืออย่างน้อยส่วนสำคัญของทุกเตียงฟื้นฟูแม่เหล็กในเกือบทุกอุณหภูมิห้องเครื่องทำความเย็นแม่เหล็กที่สร้างขึ้นและทดสอบจนถึงปัจจุบัน^5,6

การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีแม่เหล็กความร้อนใต้พิภพใน Gd ซึ่งคำนวณจากความจุความร้อนและข้อมูลการดึงดูดจะแสดงใน รูปที่ 1⁷ MCE คำนวณจากการจับคู่ข้อมูลการทดลองสองประเภทที่แตกต่างกัน (ดังที่แสดงโดยผลลัพธ์สำหรับการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก 2 T และ 5 T) โดยมีการวัดการทดลองที่มีความแม่นยำเพียงพอ ยิ่งไปกว่านั้นรูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าเมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นอนุพันธ์ของ MCE ที่เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กจะลดลง (ทั้ง D_Ta dand DS Mare เกือบจะเป็นสัดส่วนกับ B^2/3เช่น d (MCE)/dB ∝ B^{– 1/3}) กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเอฟเฟกต์แมกนิโทคาโลริกที่เฉพาะเจาะจงมากที่สุด (เช่น MCE ต่อการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กหน่วย) จะเกิดขึ้นใกล้กับสนามแม่เหล็กศูนย์เสมอ MCE เข้มข้นของ Gd แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันสี่แบบใน รูปที่ 2⁷ คล้ายกับ DSM, D_TADยอดที่ TC และ d (D_TAD)/d BIS ยังลดลงอย่างมากเมื่อ  เพิ่มขึ้น เกือบ B^2/ 3 การพึ่งพาของ D_Ta DOF Gd จะแสดงใน รูปที่ 3ซึ่งการวัดการทดลองที่รายงานโดยผู้เขียนจำนวนมากแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมที่ยอดเยี่ยมของข้อมูล MCE กับ B⁰ 7 พฤติกรรม

รูปที่ 1 การเปรียบเทียบผลของ magnetocaloric (isothermal magnetic entropy change, DSM) สำหรับ Gd ที่คำนวณจากการดึงดูด (สัญลักษณ์) และข้อมูลความจุความร้อน (เส้นทึบ)

รูปที่ 2 ผลกระทบ Magnetocaloric (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบอะเดียแบติก, DTAD) สำหรับ Gd ที่คำนวณจากข้อมูลความจุความร้อน

รูปที่ 3 เอฟเฟกต์ Magnetocaloric สำหรับ Gd ที่อุณหภูมิ Curie แสดงเป็นฟังก์ชันของสนามแม่เหล็กสุดท้าย BF สำหรับ Bi = 0 สัญลักษณ์แสดงถึงค่าที่วัดโดยตรงหรือคำนวณจากข้อมูลความจุความร้อนโดยผู้เขียนที่แตกต่างกัน 7 เส้นเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสน้อยที่สุดที่สมมติว่าการพึ่งพาอำนาจของ MCE ในสนามแม่เหล็ก

พฤติกรรมของผลกระทบ Magnetocaloric ของ Gd ที่แสดงในรูปที่ 1 – 3 นั้นค่อนข้างเป็นสากลสำหรับวัสดุที่มีการแปลงเฟสพาราแม่เหล็ก - ferromagnetic ลำดับที่สอง ความแตกต่างระหว่าง MCE ใน Gd และในวัสดุการเปลี่ยนเฟสลำดับที่สองอื่นๆส่วนใหญ่อยู่ในความแตกต่างในค่าสัมบูรณ์ของผล magnetocaloric สำหรับการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กเดียวกันอุณหภูมิของจุดสูงสุด และความเร็วของอนุพันธ์ d (MCE)/dB ถูกระงับโดยสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้น เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเป็นสากลนี้รูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบอะเดียแบติกของวัสดุ magnetocaloric ที่แตกต่างกันสองสามชนิดซึ่งทั้งหมดจะเรียงลำดับด้วยแม่เหล็กผ่านการแปลงลำดับที่สองที่อุณหภูมิต่างๆตั้งแต่ ~ 14 K ถึง ~ 294 K หนึ่งในห้าวัสดุ - dysprosium ธาตุ สั่งซื้อ antiferromagnetic แต่สนามแม่เหล็กเกิน ~ 2 T เปลี่ยนโลหะเป็น ferromagnet collinear ดังนั้นพฤติกรรมของ MCE ใกล้อุณหภูมิ Neil ของ Dy (261076, 263028, 263036) เกือบจะเหมือนกับของ ferromagnets อื่นๆ

รูปที่ 4 ผล magnetocaloric ใน ErAl2,8 DyAl2,8 Dy, 9 Gd0.73Dy0.27,10 และ Gd7 คำนวณจากความจุความร้อนที่วัดได้ในสนามแม่เหล็กศูนย์และ 10 ตัน

เอฟเฟกต์แมกนิโทคาโลริกยักษ์

ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในทั้งวิทยาศาสตร์พื้นฐานและการใช้งานที่อาจเกิดขึ้นของวัสดุ magnetocaloric ขั้นสูงได้รับการจุดประกายโดยการค้นพบล่าสุดของสารประกอบใหม่ที่แสดงผล magnetocaloric ที่มีขนาดใหญ่มาก (ในบางกรณีโดยปัจจัยของสองถึงสาม) กว่าที่พบในสารประกอบที่รู้จักกันก่อนหน้านี้รวมทั้งธาตุ Gd ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดที่ประกอบด้วยสระว่ายน้ำของวัสดุ magnetocaloric ขั้นสูงคือ FeRh,¹¹ La_0.8Ca_0.2MnO_{2 1 2 และ Gd 5 Si 3}GE 2 และโลหะผสม Gd 5 (S ix GE 4 – x) ที่เกี่ยวข้อง^13,1 4 การอ้างอิงหลังยังกำหนดวลี“ผลกระทบ magnetocaloric ยักษ์” (GMCE) วัสดุ ไม่กี่ปีต่อมามีการแสดงวัสดุหลายตระกูลเพื่อแสดงผลแมกนิโทคาโลริกขนาดยักษ์ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อม เหล่านี้รวมถึง TB₅Si₂GE₂,¹⁵ MNAs และ MNAs_{1 – x}S_bx สารประกอบ,¹⁶ La (Fe_{1 – x}หก)₁ 3 โลหะผสมและน้ำของพวกเขา La (Fe_{1 – x}หก)_13Hy,¹⁷ MnFeP_0.45เป็น_0.5 5 และที่เกี่ยวข้อง MnFe_PXเป็น_{1 –} xalloys,¹ 8 และ Ni_2±xMn_1±xGA ferromagnetic รูปร่างหน่วยความจำโลหะผสม.¹⁹

วันนี้ได้รับการยอมรับอย่างดีว่าผลกระทบแมกนิโทคาโลริกยักษ์เกิดขึ้นจากสนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำให้เกิดการแปลงลำดับแรกของ magnetotructural เมื่อใช้สนามแม่เหล็กสถานะแม่เหล็กของสารประกอบจะเปลี่ยนจาก paramagnet หรือ antiferromagnet ไปเป็น ferromagnet เชิงเส้นเกือบพร้อมกันโดยมีการบิดเบือนโครงสร้างเหมือนมาร์เทนซิติกหรือมาพร้อมกับความไม่ต่อเนื่องของปริมาตรเฟสแต่ไม่มีการปรับเปลี่ยนผลึกที่ชัดเจน เมื่อระบบได้รับการเปลี่ยนเฟสตามลำดับแรกพฤติกรรมของเอนโทรปีทั้งหมดเป็นฟังก์ชั่นของอุณหภูมิสะท้อนให้เห็นถึงความไม่ต่อเนื่อง (ในความเป็นจริงเกือบจะต่อเนื่องเสมอยกเว้นบาง lanthanides บริสุทธิ์) การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีที่อุณหภูมิที่สำคัญ TC

พฤติกรรมของทั้งสองมาตรการที่กว้างขวางและเข้มข้นของผลกระทบแมกตาโลโกริคยักษ์ในการสั่งซื้อครั้งแรกวัสดุการเปลี่ยนแปลงเฟสจะแตกต่างกันเมื่อเทียบกับผล magnetocaloric ธรรมดาในสารประกอบการเปลี่ยนแปลงเฟสลำดับที่สองตามที่สามารถมองเห็นได้ง่ายใน รูปที่  5 เมื่อเทียบกับตัวเลข 1 และ 2 ประการแรกโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสนามแม่เหล็กขนาดเล็กผลกระทบแมกนิโทคาโลริกยักษ์มีขนาดใหญ่กว่า MCE ทั่วไปมาก (ดูรีวิวล่าสุดโดย Gschneidner et al.²⁰) ประการที่สองความกว้างของ GMCE จะกว้างขึ้นเมื่อ D Badเพิ่ม ขึ้นแต่จะขยายความไม่สมมาตรในด้านอุณหภูมิสูงของการเปลี่ยนเฟสการสั่งซื้อแม่เหล็ก ประการที่สามเมื่อ D เพิ่ม  ขึ้นทั้ง D S M และ D Ta เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับเขตข้อมูลขนาดเล็กที่มีอนุพันธ์ที่สอดคล้องกัน (∂D_SM/∂D Band ∂D_TAD/∂DB) แสดงแนวโน้มที่ชัดเจนต่อความอิ่มตัว ตามความเป็นจริงแล้วเมื่อสนามแม่เหล็กมีความแรงพอที่จะทำให้การแปลงสมบูรณ์ขนาดของ DS Mdiscontinuities ยังคงเหมือนเดิม ความไม่ต่อเนื่องเหล่านี้สอดคล้องกับเอนโทรปีของการแปลงเฟส (ซึ่งรวมถึงการมีส่วนร่วมของแม่เหล็กและโครงสร้างรูปที่ 5 และการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยของพื้นหลังภายใต้ DS Mpeaks ที่สังเกตได้นั้นเกิดจากผลกระทบของสนามแม่เหล็กต่อเอนโทรปีแม่เหล็กของวัสดุในสถานะ ferromagnetic เช่นเดียวกับในวัสดุอื่นๆที่แสดง MCE ทั่วไป ดังที่แสดงเมื่อเร็วๆนี้ 9 การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีแม่เหล็กที่คำนวณใน Dy ในบริเวณใกล้เคียงกับการเปลี่ยนแปลงเฟสแม่เหล็กลำดับแรกที่ T = 90 K ตรงกับการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของการเปลี่ยนแปลงเฟส FM → AFM ที่เกิดขึ้นเองวัดโดยตรงในสนามแม่เหล็กศูนย์เป็นภายใน 2%

รูปที่ 5 ผลกระทบ magnetocaloric ยักษ์ใน Gd5Si2Ge2 ตามที่แสดงโดย (a) กว้างขวาง (DSM) และ (b) มาตรการเข้มข้น (DTAD) แสดงเป็นฟังก์ชั่นของอุณหภูมิสำหรับการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันสามแบบ: ตั้งแต่ 0 ถึง 2 ตันจาก 0 ถึง 5 ตันและจาก 0 ถึง 7.5 ตันคำนวณจากข้อมูลความจุความร้อน สามเหลี่ยมเปิดใน (b) แสดงถึง GMCE ที่วัดโดยตรงสำหรับการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กจาก 0 เป็น 5 T

เห็นได้ชัดว่าตัวเลขทั่วไป (รูปที่ 1 และ 2 และยักษ์ (รูปที่ 5) MCE นั้นแตกต่างกันอย่างมากและความแตกต่างระหว่างพวกเขาควรได้รับการระบุไว้เป็นหลักในการขาดงานและการมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในวัสดุลำดับที่สองและลำดับแรกตามลำดับ MCE ยักษ์สามารถทำได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของเอนโทรปีในระหว่างการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง D_SSTR ผลที่ได้คือผลแมกนิโทคาโลริกยักษ์ ที่สังเกตได้ D S MIS ผลรวมของกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยเอนโทรปีแบบแม่เหล็กทั่วไป (DSM) และความแตกต่างในเอนโทรปีของการดัดแปลงผลึกทั้งสอง (D_SSTR)ของของแข็ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง, มันเป็นเทอมที่สองของด้านขวามือของสมการต่อไปนี้ที่เป็นแกนหลักของผล magnetocaloric ยักษ์.

วัสดุ Magnetocaloric ขั้นสูงและการใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ

การค้นพบผลแมกนิโทคาโลริกยักษ์และลักษณะที่กว้างขวางของหลายครอบครัวของวัสดุ GMC เป็นการพัฒนาที่สำคัญอย่างยิ่งทั้งในด้านวิทยาศาสตร์ของผล magnetocaloric และอาจใช้ในการระบายความร้อนใกล้อุณหภูมิห้อง ผลงานที่ทับซ้อนกันจากการเปลี่ยนแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์และผลึกที่เกี่ยวข้องในตาข่ายอาจคิดเป็นร้อยละ 50 หรือมากกว่าของ MCE ทั้งหมด (ตามปริมาณโดยการเปลี่ยนแปลงของความร้อนใต้พิภพแม่เหล็กเอนโทรปี) ในสนามแม่เหล็ก 5 T และต่ำกว่า มีนัยสำคัญมากขึ้นการมีส่วนร่วมสัมพัทธ์จากการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีโครงสร้าง D_SST RTO DS Mamcrees เมื่อสนามแม่เหล็กลดลงตราบใดที่สนามแม่เหล็กสุดท้าย_(BF)มีความแข็งแรงพอที่จะทำให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างแมกนิโท เราอ้างถึงผู้อ่านที่สนใจในการตรวจสอบล่าสุด² 0 สำหรับแผนภูมิ schematically เปรียบเทียบผลกระทบ magnetocaloric ในลำดับแรกสารประกอบการเปลี่ยนแปลงเฟส (วัสดุ GMCE) และลำดับที่สองสารประกอบการเปลี่ยนแปลงเฟส (วัสดุ MCE) และสำหรับรายการของการอ้างอิง (รวมถึงความคิดเห็นก่อนหน้านี้) ที่หนึ่งสามารถหาข้อมูลสรุปที่ครอบคลุมอธิบายถึงวัสดุ magnetocaloric ที่ทันสมัยในปัจจุบัน

การยึดติดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และแม่เหล็กซึ่งเกิดขึ้นในระบบเอฟเฟกต์แมกนิโทคาโลริกยักษ์นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของวัสดุที่รุนแรงทำให้มีคุณสมบัติแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพผิดปกติมากมายนอกเหนือจาก GMC โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งเหล่านี้รวมถึง magnetostriction colossal (ซึ่งสามารถมีขนาดใหญ่กว่าสิบเท่าใน Terfenol-D) และ magnetostriction ยักษ์ (ซึ่งเปรียบได้กับที่พบในฟิล์มบางหลายชั้นเทียม) เราทราบที่นี่ว่าความต้านทานแม่เหล็กยักษ์ที่สังเกตได้ใกล้กับอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงเฟสที่สอดคล้องกันอาจเป็นบวกหรือลบขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุผลกระทบแมกนิโทคาโลริกยักษ์ การจัดการองค์ประกอบทางเคมีได้ง่ายเช่นอัตราส่วน Si ถึง GE ในโลหะผสม Gd 5 (SixGe 4 – x) ช่วยให้สามารถปรับแต่งวัสดุเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำเพื่อแสดงการตอบสนองที่ต้องการมากที่สุดเกือบที่อุณหภูมิใดๆระหว่าง ~ 4 และ ~ 300 K ผลกระทบที่คล้ายกันอาจพบได้เมื่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนใน LA(Fe_{1 – x}S_ix)13Hy Alloys, หรืออัตราส่วน AS ต่อ SB ใน สารประกอบ MNAs 1 – x S bx จะเปลี่ยนแปลง

วัสดุ magnetocaloric ขั้นสูงไม่ต้องสงสัยควรอยู่ในระบบของแข็งอื่นๆที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างควบคู่กับการสั่งซื้อ ferromagnetic และดังนั้นจึงสามารถเรียกใช้โดยสนามแม่เหล็ก วัสดุที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความแตกต่างของเอนโทรปีระหว่างเฟสสนามแม่เหล็กต่ำและสนามแม่เหล็กสูงเช่นที่มีเอนโทรปีขนาดใหญ่ของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง D_SSTRนอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีแม่เหล็กขนาดใหญ่ D_SMคาดว่าจะแสดง MCE ที่แข็งแกร่งที่สุดในสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอที่สุด นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญที่วัสดุเหล่านี้ยังมี D_{TAD ขนาดใหญ่}ซึ่งสามารถทำได้โดยการเพิ่มผลกระทบของสนามแม่เหล็กในอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟส แม้จะมีการศึกษาจำนวนมากของการสั่งซื้อครั้งแรกวัสดุการเปลี่ยนแปลงขั้นตอน, มากยังคงได้รับการเรียนรู้เกี่ยวกับพื้นฐานของผลกระทบ magnetocaloric ยักษ์. ปัญหาที่สำคัญที่สุดคือวิธีการควบคุมทั้งการมีส่วนร่วมของแม่เหล็กและตาข่ายกับปรากฏการณ์เพื่อเพิ่มผล magnetocaloric ในสนามแม่เหล็กขนาดเล็กที่สมเหตุสมผล (ตามลำดับ 1 ถึง 2 Tesla), และวิธีการลดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้เช่นการพึ่งพาเวลาและการไม่สามารถย้อนกลับได้ที่เกี่ยวข้องกับ GCE จึงเป็นการปูทางไปสู่การบังคับใช้ของวัสดุแม่เหล็กขั้นสูงเหล่านี้ในเทคโนโลยีทำความเย็นแม่เหล็กที่เกิดขึ้นใหม่

การรับทราบ

งานที่ห้องปฏิบัติการเอมได้รับการสนับสนุนโดยสำนักงานวิทยาศาสตร์พลังงานพื้นฐานแผนกวิทยาศาสตร์วัสดุของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯภายใต้สัญญาฉบับที่ DE-AC02-07CH11358 กับมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรัฐไอโอวา

ข้อมูลอ้างอิง

1. Warburg E. 1881. Magnetische Untersuchungen. Ann. Phys.. 249(5):141-164. https://doi.org/10.1002/andp.18812490510

2. Brown GV. 1976. Magnetic heat pumping near room temperature. Journal of Applied Physics. 47(8):3673-3680. https://doi.org/10.1063/1.323176

3. Fast RW. 1990. Advances in Cryogenic Engineering. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-0639-9

4. Zimm C, Jastrab A, Sternberg A, Pecharsky V, Gschneidner K, Osborne M, Anderson I. 1998. Description and Performance of a Near-Room Temperature Magnetic Refrigerator.1759-1766. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9047-4_222

5. Gschneidner KAJ, Pecharsky VK. 2007. 2nd International Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature. A. Poredoš, A. Šarlah; Portoroz, Slovenia

6. Tishin AM, Spichkin YI. 2003. The Magnetocaloric Effect and its Applications. https://doi.org/10.1887/0750309229

7. Dankov SY, Tishin AM, Pecharsky VK, Gschneidner KA. Magnetic phase transitions and the magnetothermal properties of gadolinium. Phys. Rev. B. 57(6):3478-3490. https://doi.org/10.1103/physrevb.57.3478

8. Gschneidner KA, Pecharsky VK, Gailloux MJ, Takeya H. 1996. Utilization of the Magnetic Entropy in Active Magnetic Regenerator Materials.465-474. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9059-7_62

9. Chernyshov AS, Tsokol AO, Tishin AM, Gschneidner KA, Pecharsky VK. Magnetic and magnetocaloric properties and the magnetic phase diagram of single-crystal dysprosium. Phys. Rev. B. 71(18): https://doi.org/10.1103/physrevb.71.184410

10. Pecharsky VK, Gschneidner KAJ. Unpublished. [Internet].

11. Annaorazov M, Asatryan K, Myalikgulyev G, Nikitin S, Tishin A, Tyurin A. 1992. Alloys of the Fe?Rh system as a new class of working material for magnetic refrigerators. Cryogenics. 32(10):867-872. https://doi.org/10.1016/0011-2275(92)90352-b

12. Guo ZB, Du YW, Zhu JS, Huang H, Ding WP, Feng D. Large Magnetic Entropy Change in Perovskite-Type Manganese Oxides. Phys. Rev. Lett.. 78(6):1142-1145. https://doi.org/10.1103/physrevlett.78.1142

13. Pecharsky VK, Gschneidner, Jr. KA. Giant Magnetocaloric Effect inGd5(Si2Ge2). Phys. Rev. Lett.. 78(23):4494-4497. https://doi.org/10.1103/physrevlett.78.4494

14. Pecharsky VK, Gschneidner KA. 1997. Tunable magnetic regenerator alloys with a giant magnetocaloric effect for magnetic refrigeration from ?20 to ?290?K. Appl. Phys. Lett.. 70(24):3299-3301. https://doi.org/10.1063/1.119206

15. Morellon L, Magen C, Algarabel PA, Ibarra MR, Ritter C. 2001. Magnetocaloric effect in Tb5(SixGe1?x)4. Appl. Phys. Lett.. 79(9):1318-1320. https://doi.org/10.1063/1.1399007

16. Wada H, Tanabe Y. 2001. Giant magnetocaloric effect of MnAs1?xSbx. Appl. Phys. Lett.. 79(20):3302-3304. https://doi.org/10.1063/1.1419048

17. Fujita A, Fujieda S, Hasegawa Y, Fukamichi K. Itinerant-electron metamagnetic transition and large magnetocaloric effects inLa(FexSi1?x)13compounds and their hydrides. Phys. Rev. B. 67(10): https://doi.org/10.1103/physrevb.67.104416

18. Tegus O, Brück E, Buschow KHJ, de Boer FR. 2002. Transition-metal-based magnetic refrigerants for room-temperature applications. Nature. 415(6868):150-152. https://doi.org/10.1038/415150a

19. Albertini F, Canepa F, Cirafici S, Franceschi E, Napoletano M, Paoluzi A, Pareti L, Solzi M. 2004. Composition dependence of magnetic and magnetothermal properties of Ni?Mn?Ga shape memory alloys. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 272-2762111-2112. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2003.12.883

20. GschneidnerJr KA, Pecharsky VK, Tsokol AO. 2005. Recent developments in magnetocaloric materials. Rep. Prog. Phys.. 68(6):1479-1539. https://doi.org/10.1088/0034-4885/68/6/r04