Магнитные, тепловые и магнитотранспортные свойства сплавов Гейслера на основе Ni-Mn-In (1103581), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2).Для практических применений полезно знать, как зависит изменение температурыматериала от приложенного магнитного поля. В работе приведены полевые зависимостиадиабатического изменения температуры вблизи фазовых переходов 1-го и 2-го рода. Вкачестве примера на Рис. 1 приведены полученные зависимости ∆Т(H) вблизи фазовыхпереходов 1-го и 2-го рода в случае сплава Ni50Mn35In14Ge. Для начала рассмотрим кривую∆Т(H), полученную вблизи магнитного фазового перехода. Представленная на Рис.
1(а)10зависимость вполне соответствует теоретическим представлениям о поведении МКЭвблизи фазового перехода 2-го рода. Действительно, приведенная на том же рисункезависимость Δ ∝⁄хорошо описывает экспериментальную зависимость ∆Т(H).В полях до 4 кЭ значения ∆Т на зависимости ∆Т(H), полученной вблизи фазовогоперехода 1-го рода, практически нулевые (см.
Рис. 1б), что подтверждает тот факт, чтотаких значений магнитного поля поля не достаточно для того, чтобы индуцироватьпревращение мартенсита в аустенит и получить измеряемый эффект. В полях больших4 кЭ видно, что наблюдается значительный МКЭ, и зависимость кривой ∆Т(H) отприложенного магнитного поля имеет характер, существенно отличный от зависимостиΔ ∝⁄, справедливой вблизи фазовых переходов 2-го рода.0,0a)1,2б)-0,3∆T [K]∆T [K]0,90,6Ni50Mn35In14Ge∆T при 312 K∆T(H) ~ H2/30,3-0,6Ni50Mn35In14Ge∆T при 307 K∆T(H) ~ H2/3-0,90,0024681012141618200H [кЭ]48121620H [кЭ]Рис. 1. Пример зависимостей магнитокалорического эффекта ∆Т сплава ГейслераNi50Mn35In14Ge от поля H вблизи фазовых переходов 2-го (б) и 1-го (а) рода.Также были рассмотрены результаты косвенных измерений зависимостей МКЭ отприложенногомагнитногополя.Наоснованииизмеренногосемействакривыхнамагничивания были рассчитаны зависимости изменения энтропии от величинымагнитного поля ∆S(H).
Кривые ∆S(H) вблизи фазовых переходов 1-го и 2-го родов имелитот же вид, что и зависимости ∆T(H). Т.е. вблизи структурного перехода ∆S достигаетмалых значений в малых полях, резко возрастая при приложении бóльших полей.Зависимость же ∆S(H) вблизи фазового перехода 2-го рода хорошо описываютсястепенной зависимостью Δ ∝, с показателем степени n < 1. Аппроксимациястепенной зависимостью кривых ∆S(H), построенных вблизи температуры Кюри, даетзначения показателя степени для всех исследованных сплавов, близкие к 0,8.Теоретические расчеты с использованием модели самосогласованного поля даютполевую зависимость Δ ∝⁄вблизи температуры Кюри [6].
В работе [7] была11разработана модель на основе законов скейлинга, которая предсказывала поведение ∆S(H)вблизи температуры Кюри в зависимости от приложенного поля как:Δ ∝гдеи,n=1+,(1)– критические индексы. При тех значениях критических индексов, которыепредсказывает теория самосогласованного поля, n = 2⁄3.При обработке данных по зависимостям ∆S(H) в сплавах Гейслера считалось, чтокритические индексы мало меняются при переходе от одного состава к другому, ввидутого, что составы исследуемых сплавов отличаются примерно на 1 %. Значениякритических индексов были оценены из семейства кривых намагничивания, измеренныхвблизи температуры Кюри.
Усредненные значения критических индексов исследованным сплавам составляют= 0,36 иипо 3-м= 2,8. Оценка показателя степени иззначений критических индексов для рассмотренных сплавов дает значение показателя n =0,79.Таким образом, при анализе эксперимнтальных данных, можно заключить, чтовблизи фазового перехода 1-го рода необходимо приложить большее, чем в областифазового перехода 2-го рода, по величине магнитное поле (больше 0,5 Тл), для того чтобыдостичь заметных ∆T. Вблизи фазовых переходов 2-го рода, напротив, в малых поляхпроизводные(Δ )и(Δ )обладают большими значениями, чем в сильных полях.
Такимобразом, для достижения заметного МКЭ вблизи магнитного фазового переходанеобходимо приложить меньшее по величине магнитное поле, чем вблизи структурногоперехода.Табл. 2. Температуры переходов и величина МКЭ при соответствующих переходах.∆TA, KTMA, K,K∆,KNi50Mn35In15321318298298-1,91,9Ni50Mn35In14Ge312308309307-1,51,4Ni50Mn35In14Al320321300306-1,81,7Используя измеренные семейства кривых ∆Т(H), были построены зависимости∆Т(T) для всех исследованных сплавов.
Были описаны особенности поведениязависимостей ∆Т(T), измеренных прямым методом. В области температур от 280 К до,примерно, 290 – 300 К магнитокалорический эффект очень мал, т.к. мы находимся впарамагнитной мартенситной фазе. Вблизи структурного перехода наблюдается резкийпик отрицательного МКЭ. После перехода образца в ферромагнитную аустенитную фазу,12МКЭ приобретает положительный знак и10растет до температуры Кюри аустенитной∆S [Дж/(кг К)]8фазы.
После фазового перехода, значение МКЭ64падает с ростом температуры.20Из полученных зависимостей ∆Т(T)∆Tкосв [K]-22можно оценить величину МКЭ (∆TA (при0структурном переходе) и ∆-2фазовом переходе)) при фазовых переходах и-4сами значения температуры соответствующих-61,5переходов (и TMA). Измеренные значения1,0этих величин приведены в Табл. 2. Значения0,5∆Tad [K](при магнитномтемператур переходов находятся в хорошем0,0Ni50Mn35In15-0,5-1,5280соответствииNi50Mn35In14Al-1,0Ni50Mn35In14Ge290300310320330срезультатамиизмерений. В Табл. 2 представлены значения340температурпереходов,Рис.
2. Результаты косвенного методаизмеренийтемпературнойизмерениянамагниченности (правые колонкиT [K]измененияданныеМКЭ:энтропии(см.магнитныхзависимостиполученныхиззависимостии TMA), ииоценочныезначения температур переходов, полученныхтекст)измененияиз магнитокалорических измерений (левыетемпературы, а также зависимостьадиабатическогоколонкиизмененияи TMA).Такжебылипроанализированытемпературы для всех 3-х сплавов.
Всерезультаты косвенного измерения МКЭ. Позависимости приведены для измененияизмереныммагнитного поля 10 кЭ.каждого из рассмотренных сплавов, используякривымнамагничиваниядлясоотношение Максвелла:Δ ( ,Δ ) =&!"#( , )$% ,"(2)были рассчитаны зависимости изменения энтропии от температуры при изменениимагнитного поля 10 кЭ. Результаты приведены на Рис. 2. Как видно из Рис. 2 характерприведенных зависимостей соответствует кривым зависимости МКЭ от температуры,измеренным прямым методом.
Действительно, в окрестности структурного переходанаблюдаются положительные пики изменения энтропии, которые соответствуютотрицательным изменениям температуры. Отрицательный пик на зависимости МКЭ от13температуры, измеренной косвенным методом, находится вблизи магнитного фазовогоперехода.Была произведена оценка величин изменения температуры на основанииопределённых косвенным методом величин изменения энтропии. Для оценки была взятазависимость теплоемкости от температуры, измеренная в нулевом магнитном поле, изработы [11].
Оценка величины изменения температуры приведена на Рис. 2. Вблизифазовых переходов второго рода, учитывая грубость оценки величины изменениятемпературы из косвенных измерений, можно утверждать, что результаты прямого икосвенного метода дают похожие по величине значения ∆T (∆T ~1.5 К по косвенномуметоду для Ni50Mn35In15 и ∆T ~1 К по результатам прямых измерений для того жесостава). В области структурного перехода отсутсвует совпадение результатов прямого икосвенного методов измерения МКЭ. Величина изменения температуры по результатамкосвенных измерений превышает в 4-6 раз результаты прямых измерений.Для использования материала в качестве рабочего тела в холодильной установке,работающей на основе МКЭ, большого значения эффекта недостаточно [12]. Былапроведена оценка остальных значимых для применения в холодильных установкахсвойств сплавов Гейслера.
Одним из главных свойств является стоимость материала и егоизготовления, а также безопасность его использования. Еще одним важным свойствомявляется зависимость величины эффекта от времени измерения. В настоящей работескорость изменения поля, индуцирующего изменение температуры, составила 1 Тл/с что,при достижении максимального поля 1,8 Тл, соответствует частоте работы холодильноймашины ~0,5 Гц. Это значение достаточно близко к реальным значения частоты работыхолодильных машин, использующих магнитное охлаждение (от 1 до 10 Гц) [12].
Такимобразом, результаты исследования МКЭ близки к тем значениям изменения температуры,котроые должны наблюдатьься при работе магнитных холодильных установок.В четвертой главе приведены экспериментальные данные измерения магнитных имагнитотранспортных свойств образцов Ni50Mn35In15-xXx (X = Si) и Ni50-xYxMn35In15 (Y =Cu, Co). Магнитные свойства этих сплавов были исследованы для определениятемператур фазовых переходов и уточнения магнитного состояния образцов. Также былпроведен краткий анализ влияния допирующего элемента на температуры фазовыхпереходов.Зависимости намагниченности от температуры в режимах ZFC и FC и петлигистерезиса были измерены в интервале температур 80 К < T < 400 К в полях до 15 кЭ.Характерные особенности поведения намагниченности от температуры, описанные впредыдущей главе, имеют место и в случае исследованных образцов. Отличны только14температуры фазовых переходов и значения намагниченности в аустенитной имартенситной фазах.
Значения температур фазовых переходов приведены в Табл. 3.На измеренных зависимостях намагниченности от температуры для сплавовNi50Mn35In15-xSix (x = 1, 3, 4)заметно,чтопереходизмартенситногомагнитоупорядоченного состояния в состояние с нулевой спонтанной намагниченностьюсдвигается в область высоких температур с повышением концентрации кремния.Температурный интервал, при котором происходит мартенситный переход, сдвигается всторону низких температур при повышении концентрации кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
