《表1 Gd金属和Gd金属化合物的磁制冷性能》

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《室温磁制冷技术研究进展》

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注：对于最大磁熵变ΔSmax，磁场强度要控制在0～5T。

Gd金属及其合金化合物一直都是人们所关注的热点。金属Gd的居里温度为293 K，并且位于居里温度处时，0～5T磁场变化时的最大磁熵变ΔSmax为9.5 J/（kg·K），最大绝热温变ΔTad为12 K[8]，常被用作研究其他磁制冷材料的基准量。1997年，Pecharsky和Gschneider发现具有巨磁热效应的磁性材料Gd-Si-Ge，这种磁性材料的磁熵变ΔSM和绝热温变ΔTad比其他的Gd基材料大70%～80%[9]，不仅有巨磁热性质，还有较大的磁致伸缩和巨磁阻效应。Yucel[10]等研究了3 d轨道原子Co和Mn，以及p轨道原子Ga和B对化合物Gd5（Si2-zGe2-zR2z）的磁性特性的影响。他们发现通过Si和Ge的掺杂，居里温度可以在20～286 K调节，与此同时，磁熵变也在这个温域实现调节。当R=Mn时，Gd5（Si2-zGe2-zR2z）的最大磁熵变ΔSmax的值随着Mn的掺杂量从z=0.01到z=0.1而降低了17%，当R=Co并且z>0.04时，合金的居里温度降到低于260 K，而磁熵变ΔSM却增大了13%。而当R=Ga或B时，化合物的磁熵变随着R的增加而降低了12%。Chen[11]等研究了化合物Gd5Si2-xGe2-xSn2x。当x=0.25时，化合物Gd5Si1.75Ge1.75Sn0.5的最大磁熵变在外加磁场1.8T时达到了16.7J/（kg·K），此时居里温度为269K，它的磁热效应大约是金属Gd的两倍。当Dy替代Gd5Si4中的Gd时，Xie[12]等发现居里温度实现了线性降低，从Gd5Si4的338K降低到Dy5Si4的140K，但是磁熵变ΔSM降低很少。表1总结了近几年Gd及其化合物的磁热效应[13-20]。