Pt掺杂对NiMnSn合金的相变和磁性的影响[20200408101349]
摘要
近些年来，随着日益突出的能源和环境问题，磁致冷以其高效、节能、环保等特点吸引了世界各国科学家的广泛兴趣。室温磁制冷中的一个关键问题是室温磁制冷材料的选择。目前，磁制冷材料可以分成两类：一级相变材料和二级相变材料。
本次实验采用电弧熔炼的方法制备Pt掺杂NiMnSn合金，用XRD测量材料的晶体结构，用VSM测量材料的磁性和相变,从而研究Pt掺杂对NiMnSn合金的相变、磁性和磁热效应的影响。
 *查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2 
关键字:磁制冷NiMnSn合金磁性相变
目 录
1. 绪论 1
1.1. 介绍 1
1.2. NiMnIn基合金磁变和相变 2
1.3. 转型熵变 4
1.4. 变磁形状记忆效应 6
1.5. 本课题的研究目的 8
2. 样品制备和性能表现 9
2.1. 样品制备 9
2.2. X射线衍射(XRD) 9
2.3. 振动样品磁强计(VSM) 10
3. 结果讨论 12
3.1. 结果概述 12
3.2. Ni50Mn36Sn14和Ni49Mn36Sn14Pt合金的晶体结构 12
3.3. Ni50Mn36Sn14和Ni49Mn36Sn14Pt合金的热磁曲线 13
3.4. Ni50Mn36Sn14和Ni49Mn36Sn14Pt合金的磁滞回线 14
3.5. Ni50Mn36Sn14和Ni49Mn36Sn14Pt合金的等温磁化曲线 15
3.6. Ni50Mn36Sn14和Ni49Mn36Sn14Pt合金的磁熵变 16
4. 论文小结 18
参考文献 19
致谢 21
1. 绪论
1.1. 介绍
马氏体相变是一种无扩散的结构相变。形状记忆合金在低温阶段形变后，加热材料至逆相变温度以上后能恢复原来的形状。这种效应是在1951年被首次观察到。到1963年后该现象广为人知。钛镍合金的是发现的最熟悉的形状记忆合金，在诸如医疗导线，手机天线等各领域中的得以广泛应用。[1]由于中小企业生产的压电和磁致伸缩材料产生的形状记忆合金致动器的变形与应力的比值是非常大的，使形状记忆合金成为电机和超声波振子的潜在的代替品。[2]然而由于SMAS输出是通过一个温度变化的输入信号驱动的，而合金的热导率的好坏的决定于是否能获得大于5 Hz的频率输入信号，所以得到快速响应是不容易。这种致命的缺点限制了应用形状记忆合金致动器运用和发展。为了克服这个缺点，研究者通过磁场的应用使用一个快速输出应变已经能取得的磁性形状记忆合金。
在1996年Ullakko等3人首次报道了磁感生应变铁磁Ni2MnGa单晶的存在。在铁磁Ni2MnGa单晶中获得的MFIS是由马氏体变体的重排得到的。当结晶磁各向异性能量大于所述能量驱动的界限时，磁化强度和所施加的磁场方向之间的角度不仅因此增强而独立旋转，而且会使得变体重排，以便降低其易磁化轴使其平行于磁场方向。因此，变体的重排产生的MFIS，会引起施加到马氏体相的单轴应力改变。[4]Ni2MnGa合金的MFIS的细节最近被MARIONI等[5]研究发现虽然Ni2MnGa合金的应变输出较大和反应能快速，但此时输出压力小于5 MPa，[6]可见Ni2MnGa脆性很低，这也是这个晶体材料没有被应用的一个严重原因。然而合成Ni2MnGa合金需要的巨大的磁场是需要获得磁场诱导的反式才能形成，因为两个亲本（P）和M期表现出磁性，M相饱和磁化强度可以与P相媲美。自2000年以来，已经开发了许多镍基MSMAs，如NiMnAl，[7],[8]NiCoAl，[9],[10]NiCoGa[10]，[11]和NiFeGa，[12],[13]已研究论证了它们的磁性和马氏体相变的特征。最近，我们观察到了从铁磁P阶段不寻常变换到反铁磁性M期的NiMnIn和NiMnSn基哈斯勒系合金，[14]其表现出的状态不同于先前MSMAs的。
1.2. NiMn基合金磁相变
图1 Ni2MnZ的晶体结构和Ni50Mn34In16在磁场H =0.05中和热磁曲线。在每个状态中的Mn原子的磁矩是用箭头示意性地表示在（b）中，其中，M（AF+），P（FM）和P（PM）分别是反铁磁状磁性和母相的马氏体相铁磁性和顺磁性。
图2 Ni46Mn41In13合金在磁场H =0.05不同温度下的热磁化曲线和温度为7T不同磁场下的磁化曲线。
如图1（a）所示，虽然Ni2MnIn和Ni2MnSn哈斯勒合金具有体心立方系的晶体结构。已知会表现出铁磁性，但在这些合金马氏体转变尚未见报道。[15],[16]研究者观察到在NiMn-Ni2MnX部分哈斯勒型P相马氏体转会变为单斜或斜方晶系M相。图1（b）示出了Ni50Mn34In16合金为0.05 T[17]的磁场的热磁化曲线。P相的居里温度Tc被检测在大约在280 K，马氏体转变的起始温度TMs大约在230 K。磁化温度被观察到从TMs急剧减小到马氏体相变结束温度TMf然后热滞后约20 K。有时可以观察到具有大的结晶磁各向异性能量常规FSMAs的M相在弱磁场下热磁化现象。然而，在目前的情况下，即使在强磁场环境下，对M相的磁化也非常小。
图2[18]示出了在0.05 T和7 T不同温度下的Ni46Mn41In13合金热磁化曲线的和磁化曲线，其组成和前一合金有略微的不同。图2（a）中，观察到的P和M相之间的饱和磁化强度的差大约是100emu/g，而TMs和TMf温度和TAs和TAf的温度在该逆相变的开始和结束的，分别由从0.05 T增加到7T，磁场减少40-50ķ。这一结果表明，在温度180〜220 K的，由于7 T的磁场的应用M相变换为P相。也就是说，在180K和200K，该磁场引起的逆变换，被证实为磁化曲线。如图所示所示。在图2（b）所示，可以观察到在180K和200 K，显示在约5T和7.5T，MFIRT磁化急剧变化，而这M相的弱磁性，是因为NiMn合金的L10马氏体相呈现反铁磁性。[19]这样的磁场诱发相变，即所谓的变磁相转变，如合金MnAs和FeSiLa，[20]由于该磁材料可能会在在磁制冷系统中的应用，因此引起了公众相当大的关注。在NiMnIn合金，诱导磁场的磁熵变是由它的的磁化曲线进行评估的。由图2（b）可知该合金是一种很有前途的磁热材料。因此，马氏体相变温度的降低可以归因于P相磁感应的稳定化，这主要是由P和M相之间的饱和磁化强度差别决定的。因为NiMnIn三元合金的Tc在280到300 K的温度范围内，在室温下很难获得获得一个变磁相变。图3示出通过差示扫描量热法测量来确定的马氏体和磁性转变的相图。其中实线和虚线分别表示的TMs和Tc。据观察，Tc值增大了钴在组合物中的比例，而TM的值的增大使钴在组合物中的比例降低。此外，TMs的异常值被检测到。如图所示，虽然在温度的变化几乎是线性的，但在以In组成的P相的顺磁区域，TMs的值偏离线性关系，并在铁磁区减少。
图3 组成Ni50MnIn，Ni45Co5MnIn和Ni42.5Co7.5MnIn合金的TMs和Tc。
图4 Ni45Co5Mn36.7In13.3合金在H =0.05T在不同温度下和7T的不同磁场的热热磁化曲线和磁化曲线。
图4(a)中，在(b)示出热磁化曲线在0.05T和7T下不同的磁场磁化曲线,温度在200K,270K,290K,和320K的Ni45Co5Mn36.7In13.3合金。在大约25 K的温度和7 T的磁场TMs减小的价值就是它会比Ni46Mn41In13合金的小。这种现象的原因目前尚不清楚，但看来，该掺杂钴与锰强磁场的相互作用，是这种合金的磁特性的主要原因。
1.3. 磁熵变
克劳修斯 - 克拉贝龙关系：
(1)
其中，T表示绝对温度，H为所施加的磁场;和ΔI和ΔS中，P和M期之间的差异分别为磁化和熵。根据公式（1），在诱导磁场TM的价值的减少是成正比的ΔH值时，ΔI/ ΔS是恒定的。[21]

原文链接：http://www.jxszl.com/dzxx/gdxx/5869.html