磁铁制冷器(磁制冷材料的应用)

1. 磁制冷材料的应用

　　磁制冷的原理：固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。　　基于“磁热效应”（MCE）的磁制冷是传统的蒸汽循环制冷技术的一种有希望的替代方法。在有这种效应的材料中，施加和除去一个外加磁场时磁动量的排列和随机化引起材料中温度的变化，这种变化可传递给环境空气中。Gd5Ge2Si2是其中一种所谓的巨型MCE材料，当在上个世纪90年代后期被发现时曾引起人们很大兴趣。

2. 磁制冷材料的应用范围

磁冰箱是利用磁热效应制冷的冰箱传统的冰箱或制冷机采用的是气体压缩循环系统，也就是将容易液化的氟利昂气体用泵送到制冷机内部吸收热量，然后传送到制冷机外面。当气体通过制冷机背后的蛇形管时，压缩机的压力使气体冷凝并向周围散发热量。

在整个循环过程中，氟利昂和管壁之间的摩擦要消耗能量。因此，即使是最好的气体压缩式制冷机效率也只有40％。而且，氟利昂冰箱在废弃后，它释放出的氟利昂会进入大气破坏臭氧层。而磁冰箱不用气体介质，其效率可达60％以上。新研制的磁冰箱的核心是一个旋转装置，装置包括含有金属钆片的转轮和一块高磁场强度稀土永磁铁。钆是一种特殊的金属，它被置于磁性环境后温度升高，当磁场被去除后则温度下降，这一现象被称为“磁热效应”。

工作时，钆轮通过永磁铁缺口进入磁场后出现巨大的磁热效应，由此导致钆轮升温，系统内第一条循环管道的水将钆轮温度升高获得的热量带走以使钆轮冷却；当钆轮离开磁场后，钆轮温度就会下降到比它进入磁场前还要低的温度，此时系统内第二条循环管道的水通过钆轮并被钆轮冷却，被冷却的水成为制冷源，可用于制冷。

3. 磁制冷技术的应用

氧化亚铁

FeO（ferric oxide）

相对分子质量：72（71.85）

物理性质：密度5.7克/厘米3。

存在形式：黑色（粉末）固体

化学性质：与酸反应生成二价铁和水，不稳定，在空气中加热时迅速被氧化成四氧化三铁，溶于盐酸、稀硫酸生成亚铁盐。不溶于水，不与水反应。

反应的离子方程式为：FeO + 2H+ =Fe2+ +H2O 制法：在隔绝空气条件下加热草酸亚铁制得：

FeC2O4=FeO+CO+CO2氧化铁

氧化铁颜料不仅颜色是色彩斑斓的，各色氧化铁颜料的用途也是非常广泛的，如氧化铁蓝、氧化铁棕、氧化铁红都是工业上使用很广的产品。下面我们就了解一下氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿、氧化铁蓝和氧化铁黑的各种用途。

氧化铁红——用途

涂料工业： 防锈漆颜料及铁红色、紫棕色的着色颜料，内外墙壁涂料的 着色建筑工业：人造大理石、地面水磨石、色釉、陶瓷、彩砖、彩瓦、彩色 水泥制品的着色。塑料工业: 聚烯烃、尼龙、聚苯乙烯、环氧树脂的着色剂。其他应用：人造革、皮鞋揩光浆及橡胶等的着色剂及填充剂。

氧化铁黄——用途适用于彩瓦，水磨石，花阶砖，便道砖及其它建筑材料的着色剂，也可用于广告及涂料，木器，橡胶塑料等行业

氧化铁绿——用途广泛用于建筑工业、建筑材料、油漆、塑料等的着色.油漆配方参考颜料量：底漆25--30%;调和漆20--30%;磁漆15--25%(不包括体质颜料)水性涂料：根据颜色不同适量配置。产品具有分散性好、贮存稳定，与应用体系中其它成分相溶性好，能增强油漆的防锈、抗紫外 线等性能;油漆配方参考颜料量：底漆25--30%;调和漆20--30%;磁漆15--25%(不包括体质颜料)水性涂料：根据颜色不同适量配置。

氧化铁蓝——用途主要用于人造大理石、地面水磨石、花阶砖、便道砖及其他建筑材料的着色。 本氧化铁系列产品用3-5%与水泥拌和均匀使用，效果良好。

氧化铁黑——用途四氧化三铁是一种常用的磁性材料。特制的纯净四氧化三铁用来作录音磁带和电讯器材的原材料。天然的磁铁矿是炼铁的原料。用于制底漆和面漆。它的硬度很大，可以作磨料。四氧化三铁还可做颜料和抛光剂。

4. 磁制冷材料有哪些

冰箱门上的密封条，都是带磁性的。关上门后能够紧密封住冷气不外漏。市场有许多冰箱贴，就是运用磁铁可以吸附冰箱的原理设计而成。可以吸附开瓶器，易事贴，或者起到装饰家居环境的目的。冰箱是保持恒定低温的一种制冷设备，也是一种使食物或其他物品保持恒定低温冷态的民用产品。

箱体内有压缩机，制冰机用以结冰的柜或箱，带有制冷装置的储藏箱。

5. 磁制冷材料的应用领域

她从事“新型制冷技术”的基础研究工作，特别是围绕“磁制冷”这一新型制冷方式，开展了一系列前沿研究工作。

她是沈俊，第十四届“中国青年女科学家奖”得主。时至今日，家用制冷设备仍然广泛采用传统气体压缩制冷，并通过氟利昂等作为热交换介质。但由于在强烈紫外线的作用下，氟利昂解释放出的氯原子会不断破坏大气中的臭氧分子，数百年驱之不散，进而引发全球温室效应，因此这种制冷介质正在被逐步淘汰。而其替代工质氢氟烃也将依据蒙特利尔议定书，于2028年全面禁用。在余下不多的时间里，谁将以绿色环保的特质成为下一代家用制冷设备的替代者？ 中国科学院理化技术研究所沈俊研究员给出了答案：最优解决方案很可能就是新一代的固体介质制冷技术——磁制冷。沈俊在实验室 磁制冷是利用固体磁性材料的磁化放热和退磁吸热实现制冷，这种利用磁热效应的新型制冷方式无需额外的制冷剂，完全是变革性的技术创新，被认为是新一代绿色环保的制冷方式。2014年，美国能源部已将磁制冷列为未来可替代压缩制冷技术的首选技术之一。未来技术？是的，磁制冷虽然优势明显，但真正走向实用化，在材料、器件和系统各方面仍面临诸多挑战，实现起来十分困难。“我的工作就是实现磁制冷的广泛应用。”沈俊说。在很多人眼中，沈俊命中注定就和磁制冷有着不解之缘。读研究生时才开始接触低温制冷的沈俊，很快就发现了国际上最低温度、大磁熵变铁磁磁制冷材料，填补了这一温区的国际空白，并被国际同行认为是“最佳的磁热效应体系”。随后，她又发现了磁性材料的磁滞损失及其调控机制，大幅提高了磁性材料的制冷性能。在找到了具有潜力的磁制冷材料之后，她还创新性地提出了复合式磁制冷新方法，并成功研制出了处于国际领先水平的小型室温磁制冷机。“这里的每台磁制冷样机都是我们自己制造的。”走在实验室的廊道里，沈俊一个接一个骄傲地展示着她团队的研发成果。七间实验室内布满了外人难以看出门道的、冷冰冰的仪器和设备，而在沈俊眼里，这些陪伴她多年的“老伙计”就是她工作中的最佳搭档。创新，将中国科学院理化技术研究所的这间实验室从磁制冷的跟跑者、推向了并跑者，甚至领跑者的角色。沈俊团队研发的磁制冷样机不仅申请到了国际专利，甚至还被美国航天公司采用。与国内企业合作实现的成果转化，也应用在科研和工业级产品中，并在短短几年内实现了数亿元的产值。科研人员、博士生导师、企业管理者、两个孩子的母亲，沈俊的身份似乎多了一些。但从她身上你却几乎感受不到压抑的紧迫感。“生活中，我是比较粗线条的”，沈俊的一头长发洒落在肩上，微翘着脸庞说着。在沈俊办公室的玻璃窗前，郁郁葱葱地生长着一排多肉植物，奖牌陈列柜最左侧则放置了三台不同样式的咖啡机和咖啡胶囊，沙发对面被两张并不规则的中式圈椅占据……这些工作和生活中的细节，恰恰是她内心稳健沉着的真实写照。对于一名女生当初选择工科专业，沈俊直言不讳地笑着说，是父母“逼得”。转回头，她又继续补充道，现在自己早已真正爱上了低温制冷这个领域，尤其是当自己的成果被不断肯定，更多的成果走向实用，甚至自己在怀孕时做实验也会感到乐此不疲。端起一杯咖啡，沈俊微笑着说道，“做科研就像喝一杯苦咖啡，开始喝时觉得苦涩，慢慢苦尽甘来，最后品尝到成果的甘甜。忙碌之余，沈俊作为中国科学院大学未来技术学院的岗位教授，在北京雁栖湖校区开设了低温制冷课程，为培养未来人才忙碌起来。至于自己不断前行的动力和目标，“只有一个，”她说，“做出世界第一台磁制冷实用冰箱。” 进实验室也化妆的美人确实很美。