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磁性蓄冷材料Er_3Ni的氢化及其氢化物特性研究

作　者: 李聪航
导　师: 金滔
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 磁性蓄冷材料 Er3Ni 氢化 XRD 比热容
分类号: TB64
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


低温制冷机在国防军事以及现代工业中扮演着重要角色,其应用遍及航空航天、能源工业、电子信息系统和生物医疗等各个领域。回热材料(蓄冷材料)的热物性是影响回热式低温制冷机性能的关键因素,传统蓄冷材料在低温下比热会急剧下降,在10K以下甚至低于氦气的比热,此时回热器效率将受到严重制约。随着低温下高比热容的磁性蓄热材料(譬如Er3Ni、HoCu2、GdAlO3等)的发现与应用,很大程度上解决了这个难题,这是由于这些材料在低温下发生磁相变时会产生异常的比热峰值,其比热明显高于传统蓄冷材料铅和不锈钢,使得在低温区能够保持良好的制冷性能。低温制冷机的工质通常为He,有分析显示采用He-H2混合工质使脉管制冷机在30K温区获得比纯He系统更优的制冷性能并获实验验证。在He-H2混合工质脉管制冷机的实验中,意外发现制冷性能的提高比根据热力学的理论预测值要大,推测低温级回热填料Er3Ni吸氢后会形成Er3NiHx,该氢化物在低温下可能具有更高的比热而使制冷性能得到改善。但关于Er3Ni吸氢特性的研究甚少,仅有的文献报道集中在电磁性质。在此背景下,本文开展了磁性蓄冷材料Er3Ni的氢化及其氢化物特性研究,具体内容如下：1)阐述Er3Ni吸氢过程与机理。参考吸氢合金材料的吸氢机理,从动力学角度描述了氢气分子如何形成原子并进入金属内部的过程,由此类比分析了Er3Ni氢化机理,并推算出Er3Ni的理论吸氢量。2)设计和搭建Er3Ni氢化实验系统,根据不同的反应条件,对实验台进行优化改进。3)在Er3Ni活化特性,氢化过程、可逆性及稳定性,以及低温下的氢化特性方面开展系统的实验研究与分析。4)通过磁学测量系统和综合物性测量系统对氢化物Er3NiHx进行变温磁化曲线和比热的测量,分析氢化作用在磁相变和比热容方面产生的影响,并探讨其物理机制。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 磁性蓄冷材料及Er_3Ni相关研究进展  11-18
    1.2.1 磁性蓄冷材料研究  11-15
    1.2.2 Er_3Ni及其氢化研究  15-18
  1.3 本文的主要工作  18-20
第二章 金属氢化及Er_3Ni氢化机理研究  20-29
  2.1 金属及合金的氢化机理  20-26
    2.1.1 金属及合金的吸氢过程  20-22
    2.1.2 金属-氢系的相平衡  22-24
    2.1.3 氢在金属中存在的位置和状态  24-26
  2.2 Er_3Ni氢化机理  26-27
  2.3 本章小结  27-29
第三章 Er_3Ni氢化实验系统  29-37
  3.1 Er_3Ni氢化实验装置  29-33
    3.1.1 反应器  30
    3.1.2 温度控制系统  30-31
    3.1.3 温度测量系统  31-32
    3.1.4 压力测量系统  32-33
  3.2 辅助设备  33-35
  3.3 Er_3Ni吸氢量和p-c-T曲线的测定  35-36
    3.3.1 吸氢量的测定  35-36
    3.3.2 p-c-T曲线的测定  36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 Er_3Ni氢化实验研究  37-52
  4.1 Er_3Ni活化特性研究  37-41
  4.2 Er_3Ni氢化过程、可逆性及稳定性研究  41-47
    4.2.1 Er_3Ni氢化过程及可逆性分析  41-45
    4.2.2 Er_3Ni氢化物稳定性分析  45-47
  4.3 Er_3Ni低温下的氢化特性研究  47-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章 Er_3Ni氢化物的磁性质及热物性分析  52-60
  5.1 相关测试系统  52-55
    5.1.1 磁学性能测量系统(MPMS)  52-53
    5.1.2 综合物性测量系统(PPMS)  53-55
  5.2 磁性质测量结果与分析  55-56
  5.3 比热测量结果与分析  56-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 全文总结与研究展望  60-63
  6.1 全文总结  60-61
  6.2 研究展望  61-63
参考文献  63-68
攻读硕士期间取得的科研成果  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷材料
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