MẪU BÁO CÁO ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU SINH TÊN ĐỀ TÀI (NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRÊN MỘT SỐ HỆ HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ NANÔ TINH THỂ (FeNiZr, LaFeSi, NiMnSn…))

NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRÊN MỘT SỐ HỆ HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ NANÔ TINH THỂ Fe-Ni-Zr, La-Fe-Si, Ni-Mn-Sn… VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU...  Hiệu ứng

NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRÊN MỘT SỐ HỆ HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ NANÔ TINH THỂ (Fe-Ni-Zr, La-Fe-Si, Ni-Mn-

Sn…)

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU

1 Đặt vấn đề

2 Nội dung nghiên cứu

3 Kế hoạch và kiến nghị

 Mục tiêu của đề tài

 Nội dung nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu

 Các kết quả dự kiến

 Ý nghĩa khoa học của Đề tài

1 Đặt vấn đề

1.1 Hiệu ứng từ nhiệt

Hình 1: Giới thiệu về hiệu ứng từ nhiệt dương

 Ưu điểm:

 Không gây ra ô nhiễm môi trường.

 Có khả năng nâng cao được hiệu suất làm lạnh (tiết kiệm được năng lượng).

 Có thể thiết kế nhỏ gọn, không gây tiếng ồn và có thể dùng trong một số ứng dụng đặc biệt.

 Hiệu ứng từ nhiệt (MagnetoCaloric Effect-MCE) của vật liệu đang rất được quan tâm nghiên cứu bởi nó có thể ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường

Hình 1 Giản đồ mô tả chu trình làm lạnh bằng từ trường và bằng khí [1]

H T

M H

T C

T H

+ Độ biến thiên entropy từ ∆SM (magnetic entropy change):

+ Độ biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt ∆Tad (the adiabatic temperature change):

+ Khả năng làm lạnh RC (refrigerant capacity):

1.3 Phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu

Đo trực tiếp sự thay đổi nhiệt độ khi từ trường biến thiên.

+ Xác định nhiệt độ Tad thông qua giá trị Sm và một số đại lượng liên quan + Xác định Sm thông qua biểu thức:

T

dH T

M S

0 0

0 4000 8000 12000 0

10 20

30



334 K

302 K Mu014

1 Đặt vấn đề

1.4 Sự phát triển của vật liệu từ nhiệt

 Năm 1933, vật liệu từ nhiệt được dùng để tạo nhiệt độ rất thấp, sử dụng trong các thiết bị đo đạc tinh vi ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối.

bằng

từ trường ở nhiệt độ phòng.

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh dùng từ

trường

Bảng 1: Các máy làm lạnh dùng từ trường ở nhiệt độ phòng

Tên công ty/Viện

nghiên cứu Quốc gia Năm công bố

Công suất làm lạnh cực đại (W) [1]

ΔT ad

(K) cực đại

Từ trường biến thiên (T)

University of Victoria Canada 2001 2 14 2 Gd & Gd

1.5 Tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu từ nhiệt:

 Biến thiên entropy từ Sm và biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt Tad đạt giá trị lớn trong biến thiên từ trường nhỏ.

 Nhiệt độ Curie nằm trong vùng lân cận nhiệt độ phòng.

 Vùng làm việc (vùng có hiệu ứng từ nhiệt lớn) rộng để cho vật liệu có thể làm lạnh trong một dải nhiệt độ lớn

 Hiện tượng từ và trễ nhiệt nhỏ.

 Nhiệt dung riêng nhỏ và tính dẫn nhiệt tốt.

 Điện trở suất lớn.

 Độ ổn định cao, an toàn và việc tổng hợp mẫu không quá phức tạp

1 Đặt vấn đề

1.6 Một số kết quả nghiên cứu vật liệu từ nhiệt những năm gần đây

1.6.1 Hợp kim liên kim loại (intermetallic)

+ Nhiệt dung thấp nên cho giá trị biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt cao.

+ Khó điều chỉnh được nhiệt độ hoạt động, độ bền thấp và giá thành cao.

1.6.2 Vật liệu perovskite manganite

+ Dễ điều khiển nhiệt độ hoạt động, độ bền hóa học cao,

+ Hiệu ứng từ nhiệt lớn khi từ trường cao và phụ thuộc mạnh vào môi trường.

1.6.3 Hợp kim Heusler

+ Có khả năng cho MCE lớn trong vùng nhiệt độ phòng

+ Tính nhạy cao của MCE với cấu trúc của vật liệu là một lợi thế tiềm năng để điều chỉnh hiệu ứng từ nhiệt Tuy nhiên, đặc tính đó cần phải được sử dụng một cách thận trọng bởi có thể đưa đến sự biến dạng không kiểm soát được

1.6.4 Hợp kim vô định hình và nano tinh thể

+ Kết hợp được hầu hết các ưu điểm của các loại vật liệu trên

nhiệt độ làm việc rộng, có lực kháng từ nhỏ, có điện trở suất hớn, có độ bền tốt và giá thành rẻ

+ Có đỉnh ∆SM mở rộng xung quanh nhiệt độ chuyển pha TC.

+ Không có sự thay đổi về cấu trúc.

Chúng tôi chọn đối tượng nghiên cứu là các hợp

kim vô định hình và nano tinh thể

 Một số kết quả nghiên cứu về hệ hợp kim vô định hình và nano tinh thể trên thế giới

Hình 5: Độ biến thiên entropy từ ∆S M khi độ biến

thiên từ trường là 1, 2 và 5 T của hệ hợp kim

LaFe 11.4 Si 1.6

Hình 6: Độ biến thiên entropy từ ∆S M khi độ biến thiên từ trường là 1.5 T hệ hợp kim Fe88-

xCo x Ni x Zr 7 B 4 Cu 1 (x = 0, 2.75, 5.5, 8.25 và 11).

2 Nội dung nghiên cứu

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

hình và nanô tinh thể (Fe-Cu-Nb-Si-B, Fe-Ni-Zr, Ni-Mn-Sn, La-Fe-Si ) nhằm chế tạo được các hợp kim từ nhiệt có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Tìm được hợp phần và các điều kiện công nghệ chế tạo các hợp kim (Fe-Cu-Nb-Si-B,

tốt có khả năng ứng dụng trong thiết bị làm lạnh bằng từ trường

cơ chế của hiệu ứng từ nhiệt lớn, từ đó định hướng chế tạo các vật liệu từ nhiệt mới

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sẽ được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm.

Một số mẫu sau khi chế tạo bằng các phương pháp trên sẽ được xử lý nhiệt để ổn định hoặc tạo ra các cấu trúc pha mong muốn

mẫu rung và hệ từ trường xung

2.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

lớn trong thực tế đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu rất nhiều

trong các vật liệu từ nhiệt cũng đang là một đối tượng lý thú cho nghiên cứu cơ bản

2 Nội dung nghiên cứu

2.5 Dự kiến kết quả nghiên cứu

nghiền cơ năng lượng cao, đo từ trên hệ đo từ trường xung và hệ đo từ kế mẫu rung

nguội nhanh, hợp kim Heusler và đã thu được một số kết quả đáng kể [4-5]

3.1 Hai năm đầu

quan và công việc làm thực nghiệm

chuyên ngành

3.2 Hai năm cuối

ngành

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 R Caballero-Flores, V Franco, A Conde, K E Knipling and M

A.Willard, influence of Co and Ni addition on the magnetocaloric effect in

letters, 96, 182506 (2010).

2 J Kovac, P Svec, I Skorvanek, Magnetocaloric effect in amorphous and

nanocrystalline FeCrNbBCu alloys, Reviews on Advanced Materials

Science, 18, 533 (2008).

3 Dianzhen Wua, Sichuang Xue, Jan Frenzel, Gunther Eggelerc, Qijie

Zhai, Hongxing Zheng, Atomic ordering effect in Ni50Mn37Sn13magnetocaloric ribbons, Materials Science and Engineering A, 534, 568

(2012).

4 N H Duc, T D Thanh, N H Yen, P T Thanh, N H Dan, T L Phan,

Magnetic Properties and Magnetocaloric Effect in Ni0.5Mn0.5-xSbx Alloys,

Journal of the Korean Physical Society, 60(3) (2012) 454-459.

5 T L Phan, N H Duc, N H Yen, P T Thanh, N H Dan, P Zhang, S C

Yu, Magnetocaloric Effect in Ni0.5Mn0.5-xSnx Alloys, IEEE Transactions on

Magnetics (2012), Acepted.

7 Tegus O., Brück E., Buschow K H J & de Boer F R., Transition-metal-based

magnetic refrigerants for room-temperature applications, Nature 415, 150-152

(2002)

8 Neese B et al., Large electrocaloric effect in ferroelectric polymers near room

temperature, Science 321, 821-823 (2008).

9 V K Pecharsky and K A Gschneidner, Jr., Giant Magnetocaloric Effect in

Gd 5 Si 2 Ge 2 , Physical Review Letters, Vol 78, No 23, 4494 (1997)

10 M Manivel Raja, R Gopalan, D M Rajkumar, R Balamuralikrishnan, V

Chandrasekaran, K G Suresh and K Hono, Phase relationship, microstructure

and magnetocaloric effect in Gd 1−x (Si 0.5 Ge 0.5 ) x alloys, J Phys D: Appl Phys

41, 055008 (2008)

11 Joachim Barth, Gerhard H Fecher, Benjamin Balke, Tanja Graf, and Claudia

Felser, Andrey Shkabko and Anke Weidenkaff, Anomalous transport

properties of the halfmetallic ferromagnets Co 2 TiSi, Co 2 TiGe, and Co 2 TiSn,

arXiv:0907.3562v1 [cond-mat.mtrl-sci] (2009)