一级结构磁相变材料巨磁熵变的物理机制研究

磁制冷材料研究是具有广阔应用前景的室温磁制冷技术发展的关键，而揭示磁制冷材料产生巨磁热效应的物理机制本身又对寻求优秀的磁制冷材料具有指导意义。针对当前一级结构磁相变材料的巨磁热效应研究以报道巨磁熵变现象为主、其物理机制尚不清楚的现状,本项目从几类典型一级结构磁相变材料入手，以这类材料中关于磁熵变衡量问题的争议为研究中心，通过材料结构、磁性测量和热测量等数据，并结合热力学关系和相变理论，细致分析相变过程各物理参数对磁熵变的影响。本项目的最大特色是通过揭示主导一级结构磁相变材料巨磁熵变的内在因素，给出其巨磁熵变物理机制的统一解释。预期研究成果将给出衡量一级结构磁相变材料磁热效应的正确途径，为探索具有真实巨磁热效应材料提供强有力的理论指导和实验支撑。

磁制冷材料发展是绿色节能的室温磁制冷技术应用的前提，而磁制冷材料产生大磁热效应的物理机制研究又对探索可实用的磁制冷材料具有指导意义。本项目针对目前一级结构磁相变材料的磁热效应研究以报道磁熵变性能为主、物理机制尚不清楚的现状，选择Ni-Mn基变磁形状记忆合金、钙钛矿锰氧化物及Mn(Co,Sn)Ge化合物等典型磁制冷材料为研究对象，对其相变及相关磁熵变行为进行了深入研究。以材料结构分析、磁性及热容分析等为手段，结合热力学Maxwell关系的理论背景，细致分析相变过程磁与结构耦合的细节对磁熵变的影响，并讨论了被广泛应用的磁测量计算磁熵变的方法的合理性。分析了Ni-Mn基变磁形状记忆合金相变过程两相共存态的相成份演变过程，并指出了Maxwell关系应用过程中的关键问题所在，利用热测量数据确定了体系磁熵变的衡量问题。研究了钙钛矿(R,Sr)MnO3锰氧化物磁短程序与磁熵变之间的关联，通过磁化率规律建立了磁熵变理论和实验数据之间的统一，并讨论此类材料实用化的工艺方法。讨论了Mn(Co,Sn)Ge等其他典型材料相变过程的结构变化对磁熵变计算的具体影响。我们集中指出了在多相磁结构背景下的磁热效应材料，其磁熵变衡量手段必须多样化以确定其真实性。本项目研究成果对几类一级结构磁相变材料的磁热效应机制给出了解释，为探索具有真实大磁热效应材料提供了有力的理论指导和实验支持。