Avec l'amélioration des conditions de vie des gens, la demande de réfrigération a fortement augmenté, ce qui conduit à une augmentation substantielle de la consommation d'énergie pour le refroidissement. La technologie de réfrigération traditionnelle de compression de gaz réfrigérant utilisé détruire la couche d'ozone, contribuent au réchauffement climatique. Depuis l'adoption de la Convention de Paris pour le climat mondial, la recherche d'une alternative à la technologie conventionnelle de réfrigération de compression de gaz est devenu besoins urgents de la population. Sur la base des caractéristiques solides de réfrigération effet magnétocalorique avec économie d'énergie, et devrait devenir des alternatives de réfrigération classiques de compression de gaz. Dans lequel le matériau magnétocalorique géant ayant une propriété de transition de phase des matériaux magnétiques est plus fluide frigorigène applications potentielles, cependant, un matériau à changement de phase de perte d'hystérésis inhérente affectent sérieusement l'efficacité de la réfrigération. Pendant ce temps, avec l'intégration croissante de l'électronique micro-nano et précision, micro et de la demande de refroidissement à l'échelle nanométrique augmente. matériaux de film mince de réfrigération deviennent une direction de recherche importante de réfrigération solide.
Près des alliages FeRh ayant ordre de séquence ratio atomique et présente un couplage magnétique treillis. Dans la région de la température ambiante, avec un antiferromagnétique (AFM) - une ferromagnétique (FM) phase magnétique devient 1% en volume de gonflement se produit. Cette fonction permet une variété de champ de température FeRh, champ magnétique et la souche sensible. Ainsi, en plus de l'effet géant magnétocalorique, géant alliages FeRh élastiques se trouve également un effet thermique thermique et de pression. Bien qu'il a trouvé en 1990 alliages FeRh ayant un effet magnéto-calorique géant, mais en raison d'une perte importante et irréversibilité hystérésis (perte d'hystérésis peut provoquer des fuites de chaleur dans le cycle de réfrigération), FeRh rarement utilisé pour les applications magnétiques de réfrigération.
Institut de physique, Académie chinoise des sciences / Beijing Laboratoire national de physique de la matière condensée Centre national de recherche pour chercheur magnétique Hu Fengxia, professeur agrégé Wang Jing, l'Académie chinoise des sciences Shen Bao racine et étudiant au doctorat Qiao Kaiming, qui a succédé sur la base de l'accumulation matérielle géant magnétocalorique sur la recherche à long terme formée sur le substrat ferroélectrique ayant FeRh pellicule PMN-PT mince d'alliage correspondant à la nature du matériau du bloc, fournit la base pour la miniaturisation de l'appareil de réfrigération magnétique. caractéristiques de transformation de phase R-O du substrat ferroélectrique à l'aide d'un PMN-PT se produit à un champ électrique pulsé contrainte induite est générée dans le film non volatile FeRh. Cette souche, en introduisant cycle de réfrigération magnétique, le fluide frigorigène dans l'ensemble de la zone de température réduit de manière significative la perte d'hystérésis mince pellicule d'alliage FeRh. Et en compensant le travail mécanique perte par hystérésis de déformation élastique générée en même temps, en évitant l'introduction d'un champ électrique constant de l'aimantation et le processus de démagnétisation de résoudre efficacement le problème de goulot d'étranglement à double cycle de réfrigération du champ magnétique rencontré dans le prototype de conception. L'analyse quantitative a montré que, lors de l'introduction souche non volatile suffisamment grande, peut être significativement améliorée du film de la capacité effective de refroidissement (RCeffe) au moyen d'un travail mécanique externe. Dans le cas de considérer que la contribution de la perte d'hystérésis et le travail mécanique, le coefficient de performance au cours du cycle peut atteindre un nouveau niveau. Ce travail propose une nouvelle méthode innovante du cycle de réfrigération avec une combinaison d'effet mémoire de contrainte, non seulement aide à des perspectives d'application élargir FeRh comme réfrigérant, il est prévu une nouvelle approche pour réduire la perte d'hystérésis est similaire à un matériau à changement de phase, et d'améliorer la capacité d'utiliser l'état solide dans un travail mécanique de réfrigération a ouvert une nouvelle voie.
En outre, à l'état solide hétérostructure système de fluide de transfert de chaleur à l'étude matériau de film de performances frigorifiques FeRh par simulation par éléments finis et étude expérimentale de la combinaison ayant une conductivité thermique élevée de Cu, Ag, Au, Pt, et d'autres substances ont été utilisées comme graphène le comportement thermique du drain dans le substrat. simulation théorique et résultats expérimentaux montrent que Cu est solide lorsque le milieu d'échange de chaleur sélectionné, la fuite de chaleur du substrat est négligeable. Ce résultat indique que la fuite de chaleur peut résoudre le problème du substrat par sélection d'un milieu d'échange de chaleur approprié, afin d'éliminer les doutes du film réfrigérant est un problème de longue date pour fournir un soutien pour l'Etude expérimentale et théorique d'un film mince réfrigération matériau .
Ce travail a été publié dans Nano Energy (Nano Energy59 (2019) 285-294). Ce travail a été soutenu par le Ministère de la Science, la Fondation nationale des sciences naturelles de la Chine et de l'Académie chinoise des sciences projets clés.
La figure 1 (a) l'introduction de la souche mémoire double effet cycle de réfrigération magnétique d'excitation de champ schématique, (b) sans le champ électrique changement FeRh magnétisation du film avec le champ magnétique de la (noir) et un champ électrique pulsé (rose), et le correspondant (C) FeRh change avec le film de magnétisation et (d) un champ à couche mince d'aimantation FeRh avec la température.
La figure 2 est introduit effet de mémoire de déformation mesurée expérimentalement. (A) FeRh PMN-PT schématique / modèle de mesure hétérojonction, qui représente le champ magnétique H et E et le champ électrique appliqué. (B) 5T et l'aimantation à pellicule 310K FeRh avec changement du profil de champ électrique. AB, une contrainte de compression est appliquée champ -6kV / cm électrique introduit par le substrat de sorte qu'une partie de la phase FM à une phase de l'AFM, l'aimantation a diminué, le BC, la suppression champ -6kV / cm électrique, l'aimantation de la souche à effet de mémoire reste à peu près constante, le CD appliquer + 6kV / cm de champ électrique est libéré de sorte qu'une partie de la phase souche avant la phase FM AFM, l'aimantation a augmenté, le DA, en supprimant + 6kV / cm de champ électrique, l'aimantation de la souche à effet de mémoire reste à peu près constante, à l'avant (c) champ nul deux fois par boucle magnétique du film FeRh avec le champ magnétique de la courbe d'aimantation, et (d) l'application d'un champ électrique pulsé courbe de magnétisation du film FeRh du champ magnétique avec au 5T 0T et le champ magnétique constant. Supposons que le champ électrique pulsé supérieur souche, le chemin 6 long d'un trajet 6 « ou 6 voies. « Comme on le voit, le chemin 5-6,5-6' , 5-6 « est beaucoup plus petite que la zone délimitée FIG. (C) 3-4 espace clos peut même devenir négatif (chemin 5,6,6 », 6' , non seulement le champ magnétique), l'effet de mémoire de la souche représente une réduction substantielle de la perte par hystérésis non volatile, qui est dérivé de le travail mécanique produit l'effet de compensation de contrainte. partie inférieure la figure correspondant au champ magnétique et électrique en fonction du temps du procédé décrit ci-dessus.
Contrainte appliquée à la figure 3 (a) du diagramme de diffraction des rayons X RT-situ de l'autre champ électrique, (b), plan A011 paramètre de maille change avec le champ électrique, et il en résulte II (b) est conforme, le champ électrique montre que effet mémoire. Après l'application d'un champ électrique pulsé (c) 0 PMN-PT et le substrat (-222) sous (d) l'espace réciproque -0-état FIG. (E) R multidomaine phase (R (m)) et un domaine monophasique O (O (S)) de la courbe d'énergie libre de Gibbs virtuel.
. La figure 4 (a) sans une vue schématique de la courbe d'aimantation du champ électrique d'impulsions, l'ombrage indique la quantité de la perte par hystérésis rémanente réduite; (b) Dans un cycle de réfrigération d'un champ électrique pulsé est appliqué, la contrainte de film augmente souche FeRh-plan changement schématique partie hachurée représente le travail mécanique.
Source: Institut de physique
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