稀土磁致冷材料的应用探析

随着世界节能和环保的需要，各国对近室温磁致冷的研究有了重大的进展。这主要表现在：①磁致冷原理样机的出现以及它对传统的气体压缩制冷机的挑战；②巨大的磁热材料Gd5的发现，给磁致冷机的应用打开了大门。

2.2.3.1　磁致冷机

磁致冷是使用无害、无环境污染的稀土材料作为制冷工质，若使用磁致冷取代目前使用氟利昂制冷剂的冷冻机、电冰箱、冰柜及空调器等，可以消除由于生产和使用氟利昂类制冷剂所造成的环境污染和大气臭氧层的破坏，因而能保护人类的生存环境，具有显著的环境和社会效益。

（1）磁致冷机的基本工作原理。铁磁材料在其居里点附近，它的未配对的电子（稀土金属的4f电子层或铁元素中的3d电子层）在外界磁场为零时是随机排列的，当外界转变为大于零的磁场后，它们整齐排列，这时磁熵下降，材料要释放热量。如果它处于绝热状态下，它的温度就会上升（这时就好像气体压缩致冷机中气体受到压缩而升温），把所产生的热量导走，此时又将外磁场降到零，未配对的电子又会回复到随机排列的状态，这使得它从周围环境吸收热量而使环境降温，这一步如同气体压缩致冷机中气体膨胀从周围环境中吸热一样。这样反复循环就会达到致冷的效果。

（2）磁致冷机的最新进展。美国宇航公司与美国能源部的埃姆斯（Ame）国家实验室的研究人员合作，于2001年年底成功地研制出了世界上第一台永磁式室温磁致冷样机。(www.xing528.com)

此前，美国宇航公司于1996年推出了超导式室温磁致冷样机，样机稳定运行了18个月。考虑到超导磁场价格昂贵等因素，经过5年的攻关推出了目前的永磁式室温磁致冷样机。

这台永磁式样机放置在美国宇航公司位于威斯康星州州府麦迪逊（Madision）的技术中心，于2001年9月开始运行，至今仍在运行考查。此试验的主要目的是获得尽可能大的制冷温跨，以适应不同市场的需求，如家用冰箱及空调等。

2.2.3.2　磁低温超导技术的广泛应用

磁低温超导技术的广泛应用，迫切需要液氦冷却低温超导磁体，但液氦价格昂贵，因而希望有能把液氦汽化的氦气再液化的小型高效率制冷机。低温磁致冷装置具有小型化和高效率等独特优点，广泛应用于低温物理、磁共振成像仪、粒子加速器、空间技术、远红外探测及微波接收等领域，某些特殊用途的电子系统在低温环境下，其可靠性和灵敏度能够显著提高。