海南制冷材料——新金属材料、磁制冷材料的强大

海南制冷材料——光用水就可以制冷？新金属材料，磁制冷材料的强大

空调、电扇、冰箱……这些电器我们并不陌生，炎炎夏日，正是它们带给我们便利。可我们在享受便利重视其优点的同时，往往忽视了其带来的环境污染。传统的空调、冰箱等一般都是用氟利昂制冷，氟利昂是一种卤代化合物，如果气象条件满足，在强烈的阳光直射下氟利昂会产生解离，释放氯离子（Cl+O3→CIO+O,CIO+O3→C1+O2）。是造成地球臭氧层空洞的罪魁祸首，也会带来温室效应。为了保护我们的地球，科研人员们不懈地努力，终于在新金属材料中找到一种可能代替氟利昂的材料——磁制冷材料。今天我们将从两个方面来介绍磁制冷材料，一是新金属材料与磁制冷技术，二是磁制冷材料的选择与现阶段磁制冷材料的研究成果。

新金属材料与磁制冷技术

在了解磁制冷材料之前，让我们先来了解一下新金属材料。一般所谓的新金属材料都是合金，比如一些目前备受关注且火爆的记忆合金材料，它虽然形状发生了改变，但加热后就可以复原，这样就形成了"记忆"的效果；又比如正在研制的磁制冷材料，它则利用目前比较先进的磁制冷技术，也就是通过磁热效应来制冷，凭借水等无害媒介，达到有效的制冷效果，以取代现在的氟利昂制冷等。新金属材料的研究在我国颇受重视，在各所高校中都有其专门的实验室，以北京为*，可见其重要程度。当然，新金属材料的种类繁多，今天我们主要说的是磁制冷材料。磁制冷材料，简单来说就是利用磁热效应以达到制冷目的的材料。说到磁制冷材料，有小伙伴可能就有疑问了，磁制冷材料和磁制冷技术有什么关系吗？当然有关。

制冷技术有很多，其中包括磁制冷技术，在当今社会倡导绿色环保的大条件下，具有极其强大的发展潜力。又因为其具有耗能小、易便携寿命长等优点，在应用时备受关注和宠爱。作为磁制冷技术的核心，磁制冷材料的性能直接影响到磁制冷技术。

制冷系统的工作原理

通过上图大家可以很清楚地看到，其实我们生活中所用到的制冷系统从理论上来说是很简单的，系统运作的核心就在冷凝器上。传统的冷凝器我们一般用的是氟利昂制冷，自发现氟利昂会带来严重的环境问题之后，科学家们就开始积极寻找可代替氟利昂的产品，因此，磁制冷材料以及磁制冷技术孕育而生。磁制冷技术作为一项新兴并且绿色的制冷技术，和传统的压缩技术相比，环境污染很小甚*没有、可以光用水做传热介质、高效节能，效率非常高，可利用的能量循环效率达30％*60％，而我们传统的气体压缩制冷，一般仅为5％*10％。易于小型化、稳定可靠、无需压缩机、噪音小、寿命长、易于维修等众多优点。由此可见，与传统气体或液体压缩制冷系统相比，磁制冷技术具有非常明显的优越性，它值得被大力发展。而作为磁制冷技术的核心——磁制冷材料的研究，更是重中之重。

磁制冷材料的选择与现阶段磁制冷材料的研究成果

同样，在上图中我们也可以很清楚地看到磁制冷技术工作的原理从理论来说是比较简单的，示意图也是十分清晰明了。所以关键还是磁制冷材料的选择和研究，有了适合的理论，还要有适合的材料。研究磁制冷材料必定先要研究磁性物质，磁性物质就是经过磁场作用产生磁性的物质，分为很多类，而计算他们的单位就是熵，而总熵，是由晶格熵、磁熵和电子熵这块动态变化的三者构成的。在制冷之中，系统的制冷能力到底有多大完全取决于磁熵的变化，而与晶格熵和电子熵无关。要知道系统的实际熵变是在温度极低的条件下，而在室温的条件下，熵体的降温能力有所减低，这时，制冷的磁熵就发挥了它重要的作用。因此，磁熵大，晶格熵和电子熵小是室温熵变下的*好选择。

我国规定的相关磁性材料及其分类性质

根据磁性产生机理的不同，可将目前几种典型的磁制冷材料分为4类：(1)中稀土材料；(2)类钙、钛矿型锰氧化物材料；(3)过渡组中的金属基材料，(4) 新型材料Heusler 型铁磁性材料，如NiMn2X(X = Ga，In，Sn)等。

其中，重稀土材料是*早开始研究并且应用较为广泛的材料。类钙钛矿型锰氧化物虽然其成本低、涡流小，但因熵变较小目前仍处于不断开发研究阶段。过渡族金属基材料也是成本低、耗能小，但其太过依靠Ge，状态不稳定，如果能有效解决这个问题，将会有很大的发展前景。Heusler型铁磁性材料是*近才被学者们发现的，属于新型磁制冷材料，目前正在研究中。

磁制冷材料真的是当代新材料研究中重大的发现。由于本身就是固体，工作中的理论原理相对简单，而且仅仅依靠水作为媒介就可以实现制冷，不仅避免了环境污染问题，实现了绿色环保，其耗能小、体积小、寿命长、易维修等特点也让它成为不少电器中的宠儿。我国对于磁制冷材料还在努力研究中，正在把维持磁制冷材料的熵变、控制器性能保证稳定、减少其制造成本等作为几个主要努力攻克的问题，相信不用多久就会有更好的磁制冷材料出现，而我们也可以在不破坏环境的情况下更多地享受新技术磁制冷技术带来的便利。

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