磁制冷的基本原理
磁制冷方式是一種以磁性材料為工質(zhì)的制冷技術(shù)，其基本原理是借助磁制冷材料的可逆磁熱效應(yīng)，又稱磁卡效應(yīng)，即磁制冷材料等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而絕熱退磁時(shí)溫度降低因而可從外界吸取熱量，達(dá)到制冷目的。物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子由屯子和原子核構(gòu)成，電子有自旋磁矩還有軌道磁矩，這使得有些物質(zhì)的原子或離子帶有磁矩。順磁性材料的離子或原子磁矩在無外場時(shí)是雜亂無章的，加外磁場后，原子的磁矩沿外場取向排列，使磁矩有序化，從而減少材料的磁嫡，會(huì)向外排出熱盤，而一旦去掉外磁場，材料系統(tǒng)的磁有序減小，磁嫡增大，因而會(huì)從外界吸取熱量。如果把這樣兩個(gè)絕熱去磁引起的吸熱和絕熱磁化引起的放熱過程用一個(gè)循環(huán)連接起來，就可使得磁性材料不斷地從一端吸熱而在另一端放熱，從而達(dá)到制冷的目的，這就是順磁鹽材料絕熱去磁在低溫區(qū)獲得磁制冷的原理。在高溫區(qū)，磁制冷是利用鐵磁性材料在居里溫度附近等溫去磁以獲得大的磁嫡變進(jìn)行制冷的。我們把磁制冷中這種吸熱、放熱的磁性材料稱磁制冷工質(zhì)，磁制冷中制冷的效果、效率依賴于磁制冷工質(zhì)的磁嫡變大小或磁熱效應(yīng)。磁制冷研究中一個(gè)十分關(guān)鍵的問題就是磁制冷工質(zhì)的研究。與通常的壓縮氣體致冷方式相比較，磁制冷使用的是固態(tài)工質(zhì)，它具有較大的嫡密度，使致冷機(jī)體積小，只有活賽式壓縮機(jī)的一半。磁制冷機(jī)是利用磁場變化來取代壓力變化，這樣整個(gè)系統(tǒng)就省去了壓縮機(jī)、膨脹機(jī)等運(yùn)動(dòng)機(jī)械，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，振動(dòng)和噪音也大幅度降低，。軟磁合金 另一方面，固態(tài)工質(zhì)使得所有的熱交換能在液態(tài)和固態(tài)之間進(jìn)行，功耗低，，可達(dá)到氣體致冷機(jī)的十倍。由于氣體致冷工質(zhì)使用的氟里昂氣體對(duì)大氣中臭氧層有破壞作用而被國際上禁用，從而更促使磁制冷成為引人矚目的國際研究課題。磁制冷總的研究趨勢是低溫向高溫發(fā)展

磁致冷所用的制冷材料基本都是以稀土金屬為主要組元的合金或化合物，尤其是室溫磁致冷幾乎全是采用稀土金屬Gd或Gd基合金.
目前，磁致冷材料、技術(shù)和裝置的研究開發(fā)，美國和日本居水平，這些發(fā)達(dá)國家都把磁致冷技術(shù)研究開發(fā)列為21世紀(jì)的攻關(guān)項(xiàng)目，投入了大量資金、人力和物力，競爭極為激烈，都想搶先這一高新技術(shù)領(lǐng)域。

什么是磁鐵的居里溫度？磁鐵居里溫度是指：隨著溫度的升高，由于物質(zhì)內(nèi)部基本粒子的熱振蕩加劇，磁性材料內(nèi)部的微觀磁偶極矩的排列逐步紊亂，宏觀上表現(xiàn)為材料的磁極化強(qiáng)度J隨著溫度的升高而減小，當(dāng)溫度升高至某一值時(shí)，材料的磁極化強(qiáng)度J降為0，此時(shí)磁性材料的磁特性變得同空氣等非磁性物質(zhì)一樣，將此溫度稱為該材料的居里溫度Tc。

釹鐵硼磁鐵——目前為人類所知的強(qiáng)的稀土永磁體。在1984年才被應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域。釹鐵硼與其它磁體相比，具有高的磁通密度、高的剩磁和大磁能積，也具有高的矯頑力。然而它們比較易碎、難于加工，并且對(duì)腐蝕和高溫比較敏感。在幾乎所有的磁體應(yīng)用中，釹鐵硼在強(qiáng)度和矯頑力上是佳的選擇，并且有一個(gè)很合理的價(jià)格。在動(dòng)力應(yīng)用方面，釹鐵硼要比鐵氧體具有高4到5倍的能量。

鐵氧體磁鐵——也被稱為硬磁鐵氧體，主要有鋇氧體和鍶氧體。它是在20世紀(jì)60年代才被發(fā)現(xiàn)的，它比鋁鎳鈷和磁鋼有更低的成本和更高的磁強(qiáng)度。與其它磁體相比，鐵氧體具有低的磁通密度和剩磁及大磁能積，并且易碎。

鋁鎳鈷磁鐵——具有中等的強(qiáng)度和很好的機(jī)械加工性能。在20世紀(jì)40年代被開發(fā)出來，目前仍在使用中。它們要比一般鋼鐵的性能強(qiáng)，但在強(qiáng)度上比較弱且需要很好地保存，因?yàn)樗鼈円子谕舜?。如與釹鐵硼接觸，將會(huì)很容易逆轉(zhuǎn)并損壞鋁鎳鈷的磁場。

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