ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1. Кристаллическая структура соединений RCo2 7
1.2. Зонный метамагнетизм 9
1.3. Магнитные фазовые переходы в соединениях RCo2 10
1.4. Магнитокалорический эффект в соединениях RCo2 11
1.5. Магнитострикция соединений RCo2 12
1.6. Соединение DyCo2 13
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 16
2.1. Синтез и аттестация образцов 16
2.1.1. Приготовление образцов 16
2.1.2. Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ 17
2.2. Прямые измерения магнитокалорического эффекта и
магнитострикции 19
2.2.1. Модернизация установки по прямому измерению
магнитокалорического эффекта и магнитострикции 19
2.2.2. Источник магнитного поля 19
2.2.3. Модернизация систем регистрации магнитного поля и
регулирования температуры 21
2.2.4. Разработка измерительной вставки и системы
регистрации сигналов. 27
2.2.5. Измерения магнитострикции 33
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА И
МАГНИТОСТРИКЦИИ СОЕДИНЕНИЯ DyCo2 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ 36
3.1. Рентгеноструктурный анализ образца 36
3.2. Прямые исследования магнитокалорического эффекта и
магнитострикции 36
ВЫВОДЫ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
В наши дни широкое распространение получает использование магнитных материалов в быту человека и промышленности. Их уже давно используют как постоянные магниты, магнитные фильтры, в различных преобразователях, памяти приборов и т. д. [1]. Также к этому списку можно добавить развивающийся метод магнитного охлаждения, в котором магнитный материал используется в качестве рабочего тела охлаждающего устройства. В связи с этим перед исследователями стоит важная задача поиска новых материалов, а также всестороннее исследование свойств уже открытых магнитных материалов.
Относительно недавно наибольший интерес для исследователей стали вызывать некоторые классы соединений, в которых происходит магнитный фазовый переход первого рода. К таким соединениям относятся соединения систем La(Fe,Si)13 [2], обладающие кубической кристаллической структурой типа NaZn13. Ещё одним примером является MnxFe1,95-xP1-ySiy [3] с гексагональной структурой типа Fe2P, в которых наблюдаются зонные метамагнитные переходы. В соединениях La(Fe,Si)13 наблюдаются гигантские изменения энтропии с большим выделением скрытого тепла, что находит отражение на гигантском Х-подобном изменении теплоемкости в области перехода [4-6]. В свою очередь, соединения MnxFe1,95-xP1-ySiy являются менее изученными. Изучение подобных систем оживило интерес к системам с зонным метамагнитным переходом (ЗМП) и, в частности, характер перехода и его кинетику в магнитном поле - все это важно для применения материалов в приборостроении.
Одним из наиболее ярких представителей магнитных материалов, используемых человеком, являются соединения RCo2 (R - редкоземельный элемент). В данных материалах при определённых параметрах кристаллической решётки внешние факторы могут вызвать ЗМП. К преимуществам данного соединения следует отнести конгруэнтную кристаллизацию, что не требует дополнительных термических обработок для
получения однофазного состояния. Это является важным достоинством данных соединений, так как уменьшает затраты на использование данных соединений в различных устройствах.
Не менее важным достоинством данных соединений являются высокие значения магнитокалорического эффекта (МКЭ), что позволяет их использовать в криогенном охлаждении.
Соединения RCo2 имеют две магнитные подсистемы. Такая сложность строения данных соединений ставит непростую задачу: для использования в приборостроении этих соединений необходимо выяснить механизм ЗМП, какая именно подсистема отвечает за него, чтобы понимать, как именно ведёт себя весь в образец в целом в условиях, приближенных к рабочему циклу реального охлаждающего устройства, который может включать в себя процессы перемагничивания в различных условиях изменения магнитного поля. Например, такими условиями могут быть адиабатическое и изотермическое изменение внешнего магнитного поля.
Таким образом, понимание механизма, а также точность определения характеристик поведения материала в магнитном поле, являются важными задачами перед применением материалов в промышленности.
На основании вышеизложенного целью данной работы стало систематическое исследование стрикционных свойств соединения DyCo2 в условиях адиабатического и изотермического изменения внешнего магнитного поля.
Были поставлены следующие задачи:
1. Модернизировать метод синхронных измерений магнитотепловых и магнитострикционных свойств магнитных материалов: разработать и создать новую измерительную вставку, систему сбора данных, блок регулирования температуры.
2. Провести синтез и аттестацию образцов для исследования соединения DyCo2.
3. Провести измерения магнитострикции и магнитокалорического эффекта в условиях адиабатического и изотермического изменения внешнего магнитного поля соединения DyCo2.
1. Разработаны и созданы измерительная вставка и прибор, включающий источник питания датчика Холла и блок регулирования температуры нагревателя для установки по синхронному измерению магнитотпеловых и магнитострикционных свойств материалов.
2. Проведены температурные и полевые исследования магнитокалорического эффекта соединения DyCo2. Ассиметричная форма температурной зависимости МКЭ вместе с острым максимумом указывают на наличие в данном соединении магнитного фазового перехода первого рода. Максимальное значение АТад составило 3,25 К в поле 1,85 Тл.
3. Проведены комплексные исследования структурных и магнитотепловых свойств соединения DyCo2. Установлено, что в процессе перехода из парамагнитного в ферримагнитное состояние на фоне объемного расширения свойственному данной системе, за которое отвечает кобальтовая подсистема, имеет место тетрагональное искажение решетки, что проявляется в различными по знаку значениям продольной и поперечной магнитосктриции. Данный эффект объяснятся анизотропным вкладом от 41-электронов редкоземельного металла.
4. Установлено, что значения продольной и поперечной магнитострикции, измеренные при адиабатических условиях на 20% меньше, чем при изотермических. Данный эффект объясняется тем, что при адиабатическом намагничивании происходит изменение температуры образца за счет МКЭ, которое приводит к тому, что из размагниченного состоянии образец переходит в намагниченное по пути, не соответствующему максимуму стрикции. Такое поведение материала должно учитываться при конструировании реальных магнитных твердотельных тепловых машин.
