歷史上的磁化水
磁力是自然界四大基本力之一，我國古代四大發(fā)明之一的指南針，就是磁力巧妙應(yīng)用的例證。明代醫(yī)學(xué)家李時珍早在五前就已發(fā)現(xiàn)經(jīng)磁力處理過的水能夠強(qiáng)身健體、治療多種疾病。不過，古人所應(yīng)用的磁性材料是自然生成的天然磁石－－磁鐵礦，其磁性能與現(xiàn)代人工合成磁性材料相比，十分低下。
磁制冷技術(shù)的發(fā)展
1918年Weiss發(fā)現(xiàn)，在磁場下會引起Ni溫度升高，并于1926年發(fā)表了關(guān)于Ni的磁熱效應(yīng)的研究報告，他們是根據(jù)Edison和Tesla的專利進(jìn)行的研究。磁性材料 1926年荷蘭物理學(xué)家美國化學(xué)家Giauque分別提出，對順磁材料進(jìn)行絕熱退磁可以使溫度降低至液He溫度。1933年Giauque等人用成功地進(jìn)行了絕熱退磁制冷實驗，溫度達(dá)到3.[7]。隨后的兩次實驗又分別達(dá)到0.34和0.2。50年代關(guān)于絕熱去磁的研究已很普遍。1954年，Herr等人制造出臺半連續(xù)的磁制冷機(jī)，1966年荷蘭的研究了順磁材料磁熱效應(yīng)的應(yīng)用仁列，提出并分析了磁Stirling循環(huán)。1976年美國NASA的研究中心的Brown用金屬Gd作為磁致冷工質(zhì)·用超導(dǎo)體提供0-7的外磁場.成功地獲得了室溫附近的磁致冷。這一實驗具有重要意義.它揭示了磁致冷在室溫下的應(yīng)用前景。后來美國.日本東京工業(yè)大學(xué)的橋本和前蘇聯(lián)。都對磁致冷材料和裝置做了許多的研究工作.取得了顯著的進(jìn)展。
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向外界放出熱量，而絕熱退磁時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，因而會從外界吸取熱量。如果把這樣兩個絕熱去磁引起的吸熱和絕熱磁化引起的放熱過程用一個循環(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，這樣整個系統(tǒng)就省去了壓縮機(jī)、膨脹機(jī)等運動機(jī)械，因此結(jié)構(gòu)相對簡單，振動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
稀土磁制冷材料的應(yīng)用
磁致冷材料是用于磁致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的物質(zhì)。磁致冷是給磁體加磁場，使磁矩按磁場方向整齊排列，然后再撤去磁場，使磁矩的方向變得雜亂，這時磁體從周圍吸收熱量，通過熱交換使周圍環(huán)境的溫度降低，達(dá)到致冷的目的。磁致冷材料是指用于磁致冷系統(tǒng)的具有磁熱效應(yīng)的一類材料，磁致冷材料是磁致冷機(jī)的核心部分，即一般稱謂的制冷劑或制冷工質(zhì)。
低溫超導(dǎo)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，迫切需要液氦冷卻低溫超導(dǎo)磁體，但液氦價格昂貴，因而希望有能把液氦氣化的氦氣再液化的小型率制冷機(jī)。如果把以往的氣體壓縮—膨脹式制冷機(jī)小型化，把壓縮機(jī)變小，這樣將使制冷效率大大降低。因此，為了滿足液化氦氣的需要，人們加速研制低溫（4～20）磁致冷材料和裝置，經(jīng)過多年的努力，目前低溫磁致冷技術(shù)已達(dá)到實用化。低溫磁致冷所使用的磁致冷材料主要是稀土石榴單晶。使用DAG等材料做成的低溫磁致冷機(jī)屬于卡諾磁致冷循環(huán)型，起始致冷溫度分別為16和20。 低溫磁致冷裝置具有小型化和率等特優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于低溫物理、磁共振成像儀、粒子加速器、空間技術(shù)、遠(yuǎn)紅外探測及微波接收等領(lǐng)域，某些特殊用途的電子系統(tǒng)在低溫環(huán)境下，其可靠性和靈敏度能夠顯著提高。
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，材料的磁極化強(qiáng)度J降為0，此時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。
釤鈷磁鐵——具有高的強(qiáng)度和對高溫和腐蝕的抵抗能力。它是在20世紀(jì)70年代被開發(fā)出來的，是種所謂的稀土永磁體。幾乎與釹鐵硼擁有相似的強(qiáng)度，是貴的一種磁體，通常被用在需要抵御高溫和腐蝕的地方，也易碎和不易進(jìn)行機(jī)械加工。
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