宁波材料所在稀土磁制冷材料的调控微观组织与消除相变滞后研究上取得进展

具有强磁晶耦合和大熵变的磁制冷材料一般呈现出较大的磁热相变滞后，限制材料对磁场的响应速度，导致能量损失，缩短材料服役命。以往大部分研究采用金属复合、聚合物粘接、设计多孔材料等方法，通过在磁制冷材料的晶粒间添加缓冲层来减小相变滞后。但是这些增相或增孔的组织调控技术很难彻底消除磁制冷材料的滞后，并且添加增强相会弱化磁制冷材料的磁热效应。因此，构建相变滞后新原理，在不削弱磁相变材料的制冷能力的前提下消除本征滞后是推动磁制冷技术应用的重要方向之一。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所磁性相变材料团队和浙江大学国家电子显微镜中心教授余倩合作，提出一种减小La-Fe-Si 磁制冷材料相变滞后的新方法。轻稀土元素亚族中，Ce 元素与La 元素的电负性与原子尺寸最为接近，因此Ce 可以在La-Fe-Si 中以较大的固溶度替代La。在掺杂Ce 后，稀土原子周围的Fe-Fe 键拉长，局域环境发生变化。而团队前期的同步辐射实验直接证实了稀土原子局域环境影响着稀土原子与氢原子之间的价电子转移并决定容氢能力大小。因此，本工作通过Ce 和H元素共掺杂方法，在纳米尺度下调控La-Fe-Si 磁制冷材料的微观组织并基本消除其相变滞后。在La-Fe-Si 中掺杂稀土Ce 替代La 后，由于Ce4+与La3+的化合价和尺寸差异，La-Ce-Fe-Si 基体中产生大量点缺陷。随后对La-Ce-Fe-Si 进行氢化处理，在晶格内部引入填隙H 原子。……