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…))

22 1.1K 7
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…))

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRÊN MỘT SỐ HỆ HỢP KIM VƠ ĐỊNH HÌNH VÀ NANƠ TINH THỂ (Fe-Ni-Zr, La-Fe-Si, Ni-MnSn…) NỘI DUNG Đặt vấn đề Nội dung nghiên cứu  Mục tiêu đề tài  Nội dung nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu  Các kết dự kiến  Ý nghĩa khoa học Đề tài Kế hoạch kiến nghị Đặt vấn đề 1.1 Hiệu ứng từ nhiệt  Hiệu ứng từ nhiệt (MagnetoCaloric Effect-MCE) vật liệu quan tâm nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực làm lạnh từ trường Hình 1: Giới thiệu hiệu ứng từ nhiệt dương  Ưu điểm: + Không gây ô nhiễm mơi trường + Có khả nâng cao hiệu suất làm lạnh (tiết kiệm lượng) + Có thể thiết kế nhỏ gọn, khơng gây tiếng ồn dùng số ứng dụng đặc biệt 1 Đặt vấn đề Hình Giản đồ mơ tả chu trình làm lạnh từ trường khí [1] 1 Đặt vấn đề 1.2 Cơ sở nhiệt động học hiệu ứng từ nhiệt + Độ biến thiên entropy từ ∆SM (magnetic entropy change):  ∂M ( T , H )  ∆S m (T ) = S [ T , H ] − S [ T , H1 ] = ∫  ÷ dH ∂T [ H ] H1  H2 (1) + Độ biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt ∆Tad (the adiabatic temperature change):  T  ∂M ( T , H )  ∆Tad ( T , H ) = − ∫   dH  C ( T , H )   ∂T [ H ]  H1  H2 + Khả làm lạnh RC (refrigerant capacity): (3) (2) Đặt vấn đề 1.3 Phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt vật liệu  Phương pháp trực tiếp Đo trực tiếp thay đổi nhiệt độ từ trường biến thiên  Phương pháp gián tiếp + Xác định nhiệt độ ∆Tad thông qua giá trị ∆Sm số đại lượng liên quan + Xác định ∆Sm thông qua biểu thức: H  ∂M ∂   ∫ MdH  ∆S m = ∫ dH =  ∂T ∂T  0   302 K Mu014 30 (4) M (emu/g) H 20 ∆Τ = Κ 10 334 K 0 4000 8000 H (Oe) 12000 Đặt vấn đề 1.4 Sự phát triển vật liệu từ nhiệt  Năm 1933, vật liệu từ nhiệt dùng để tạo nhiệt độ thấp, sử dụng thiết bị đo đạc tinh vi nhiệt độ gần độ không tuyệt đối  Năm 1976, vật liệu từ nhiệt dùng thử nghiệm máy làm lạnh từ trường nhiệt độ phịng Hình 2: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh dùng từ trường Đặt vấn đề Bảng 1: Các máy làm lạnh dùng từ trường nhiệt độ phòng ΔTad (K) cực đại Từ trường biến thiên (T) Vật liệu Quốc gia Năm công bố Công suất làm lạnh cực đại (W)[1] Ames Laboratory/Astronau tics USA 1997 600 10 Khối cầu Gd Chubu Electric/Toshiba Japan 2000 100 21 Khối cầu Gds Canada 2001 14 Gd & Gd1−xTbx L.B Tên công ty/Viện nghiên cứu University of Victoria Sichuan Inst Tech./Nanjing University Chubu Electric/Toshiba China 2002 ? 23 1.4 Khối cầu Gds Gd5Si1.985Ge1.985 Ga0.03bột Japan 2003 60 10 0.76 Gd 1−xDyx L.B 1 Đặt vấn đề Hình Thiết bị làm lạnh từ truờng vùng nhiệt độ phịng chế tạo hãng Astronautic Corporation Hình Máy làm lạnh từ trường hãng Chubu-Toshiba Đặt vấn đề 1.5 Tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu từ nhiệt:  Biến thiên entropy từ ∆Sm biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt ∆Tad đạt giá trị lớn biến thiên từ trường nhỏ  Nhiệt độ Curie nằm vùng lân cận nhiệt độ phòng  Vùng làm việc (vùng có hiệu ứng từ nhiệt lớn) rộng vật liệu làm lạnh dải nhiệt độ lớn  Hiện tượng từ trễ nhiệt nhỏ  Nhiệt dung riêng nhỏ tính dẫn nhiệt tốt  Điện trở suất lớn  Độ ổn định cao, an tồn việc tổng hợp mẫu khơng phức tạp 1 Đặt vấn đề 1.6 Một số kết nghiên cứu vật liệu từ nhiệt năm gần 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 nhiệt độ hoạt động, độ bền thấp 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 từ trường cao phụ thuộc mạnh vào môi trường 1.6.3 Hợp kim Heusler + Có khả cho MCE lớn vùng nhiệt độ phịng + Tính nhạy cao MCE với cấu trúc vật liệu lợi tiềm để điều chỉnh hiệu ứng từ nhiệt Tuy nhiên, đặc tính cần phải sử dụng cách thận trọng đưa đến biến dạng khơng kiểm sốt 1 Đặt vấn đề 1.6.4 Hợp kim vơ định hình nano tinh thể + Kết hợp hầu hết ưu điểm loại vật liệu + Hiệu ứng từ nhiệt lớn, có nhiệt độ chuyển pha từ dễ thay đổi, có dải nhiệt độ làm việc rộng, có lực kháng từ nhỏ, có điện trở suất hớn, có độ bền tốt giá thành rẻ + Có đỉnh ∆SM mở rộng xung quanh nhiệt độ chuyển pha TC + Khơng có thay đổi cấu trúc + RC lớn + Hiện trễ nhiệt trễ từ giảm đáng kể + Điện trở suất lớn + Tính chất học tốt + Độ bền cao Chúng chọn đối tượng nghiên cứu hợp kim vơ định hình nano tinh thể Đặt vấn đề  Một số kết nghiên cứu hệ hợp kim vơ định hình nano tinh thể giới Hợp kim Fe88Zr7B4Cu1 ∆H (T) TC  (K) 1.5  287  1.5  ∼ 400 Fe77Co5.5Ni5.5Zr7B4Cu1 1.5  Fe71.5Co8.25Ni8.25Zr7B4Cu1 Fe72Cr8Nb3B16Cu Fe82.5Co2.75Ni2.75Zr7B4Cu1                   ∆SM  (J.kg­ K­1) ∼ 1.3 RC (J.K­ ) ∼ 166 TLTK [1] ∼ 1.5 ∼ 166 ∼ 500 1.75 ∼ 128 [1] 1.5  ∼ 550 130 [1] 0.6  310  ∼ 0.5 210 ∼ 10 ∼ 200 [6] 215 14 ∼ 280 [6] [1]   LaFe11.4Si1.6 LaFe11.4Si1.6 [2] Đặt vấn đề  Một số kết nghiên cứu hệ hợp kim vơ định hình nano tinh thể giới Hình 6: Độ biến thiên entropy từ ∆SM độ biến thiên từ trường 1.5 T hệ hợp kim Fe88xCoxNixZr7B4Cu1 (x = 0, 2.75, 5.5, 8.25 11) Hình 5: Độ biến thiên entropy từ ∆SM độ biến thiên từ trường 1, T hệ hợp kim LaFe11.4Si1.6 Nội dung nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu công nghệ chế tạo chế hiệu ứng từ nhiệt hợp kim vô định hình nanơ tinh thể (Fe-Cu-Nb-Si-B, Fe-Ni-Zr, Ni-Mn-Sn, La-Fe-Si ) nhằm chế tạo hợp kim từ nhiệt có khả ứng dụng lĩnh vực làm lạnh từ trường 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu  Tìm hợp phần điều kiện công nghệ chế tạo hợp kim (Fe-Cu-Nb-Si-B, Fe-Ni-Zr, Ni-Mn-Sn, La-Fe-Si ) có hiệu ứng từ nhiệt lớn có tính chất lý, hóa tốt có khả ứng dụng thiết bị làm lạnh từ trường  Nghiên cứu mối liên hệ cấu trúc tính chất từ nhiệt hợp kim hiểu rõ chế hiệu ứng từ nhiệt lớn, từ định hướng chế tạo vật liệu từ nhiệt  Nghiên cứu đưa nhiệt độ làm việc hợp kim từ nhiệt vùng nhiệt độ phòng 2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực phương pháp thực nghiệm  Chế tạo mẫu phương pháp phun băng nguội nhanh nghiền lượng cao Một số mẫu sau chế tạo phương pháp xử lý nhiệt để ổn định tạo cấu trúc pha mong muốn  Nghiên cứu cấu trúc mẫu phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X  Nghiên cứu tính chất từ từ nhiệt mẫu dựa vào phép đo từ nhiệt hệ từ kế mẫu rung hệ từ trường xung 2.4 Ý nghĩa khoa học đề tài  Công nghệ làm lạnh từ trường cơng nghệ tiên tiến có khả ứng dụng lớn thực tế nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhiều  Mối liên hệ hiệu ứng từ nhiệt lớn với chuyển pha từ, chuyển pha cấu trúc vật liệu từ nhiệt đối tượng lý thú cho nghiên cứu 2 Nội dung nghiên cứu 2.5 Dự kiến kết nghiên cứu  Chế tạo hợp kim vơ định hình nanơ tinh thể có hiệu ứng từ nhiệt lớn (∆Sm > J/kg.K với ∆H = 1,2 T)  Đưa qui luật ảnh hưởng cấu trúc đến tính chất từ nhiệt hợp kim  Đưa nhiệt độ làm việc hợp kim vô định hình nanơ tinh thể gần vùng nhiệt độ phòng (250 – 350 K) 2.6 Những vấn đề tiếp cận  Đã vận hành thiết bị chế tạo mẫu thiết bị phun băng nguội nhanh, máy nghiền lượng cao, đo từ hệ đo từ trường xung hệ đo từ kế mẫu rung  Đã thu thập tìm hiểu số tài liệu liên quan đến nội dung nghiên cứu  Đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ chế tạo, cấu trúc tính chất số hợp kim nguội nhanh, hợp kim Heusler thu số kết đáng kể [4-5] 3 Kế hoạch kiến nghị 3.1 Hai năm đầu  Tìm hiểu, nâng cao hiểu biết, kinh nghiệm đề tài nghiên cứu thông qua tài liệu liên quan công việc làm thực nghiệm  Chế tạo mẫu thực phép đo cần thiết  Tổng hợp số liệu viết tham dự hội nghị công bố tạp chí khoa học chuyên ngành 3.2 Hai năm cuối  Hồn thành việc chế tạo mẫu đo tính chất vật lý hệ mẫu chế tạo  Công bố kết đạt tạp chí khoa học tham dự hội nghị chuyên ngành  Viết luận án tiến hành bảo vệ theo quy định Bộ Giáo dục Đào tạo TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 Fe88-2xCoxNixZr7B4Cu1 soft magnetic amorphous alloys, Applied physics letters, 96, 182506 (2010) J Kovac, P Svec, I Skorvanek, Magnetocaloric effect in amorphous and nanocrystalline FeCrNbBCu alloys, Reviews on Advanced Materials Science, 18, 533 (2008) Dianzhen Wua, Sichuang Xue, Jan Frenzel, Gunther Eggelerc, Qijie Zhai, Hongxing Zheng, Atomic ordering effect in Ni50Mn37Sn13 magnetocaloric ribbons, Materials Science and Engineering A, 534, 568 (2012) N H Duc, T D Thanh, N H Yen, P T Thanh, N H Dan, T L Phan, Magnetic Properties and Magnetocaloric Effect in Ni 0.5Mn0.5-xSbx Alloys, Journal of the Korean Physical Society, 60(3) (2012) 454-459 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO 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) Neese B et al., Large electrocaloric effect in ferroelectric polymers near room temperature, Science 321, 821-823 (2008) V K Pecharsky and K A Gschneidner, Jr., Giant Magnetocaloric Effect in Gd5Si2Ge2, 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 Gd1−x(Si0.5Ge0.5)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 Co2TiSi, Co2TiGe, and Co2TiSn, arXiv:0907.3562v1 [cond-mat.mtrl-sci] (2009) ... chất từ nhiệt hợp kim hiểu rõ chế hiệu ứng từ nhiệt lớn, từ định hướng chế tạo vật liệu từ nhiệt  Nghiên cứu đưa nhiệt độ làm việc hợp kim từ nhiệt vùng nhiệt độ phòng 2 Nội dung nghiên cứu. .. cao Chúng chọn đối tượng nghiên cứu hợp kim vô định hình nano tinh thể Đặt vấn đề  Một số kết nghiên cứu hệ hợp kim vơ định hình nano tinh thể giới Hợp? ?kim Fe88Zr7B4Cu1 ∆H (T) TC  (K) 1.5  287 ... muốn  Nghiên cứu cấu trúc mẫu phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X  Nghiên cứu tính chất từ từ nhiệt mẫu dựa vào phép đo từ nhiệt hệ từ kế mẫu rung hệ từ trường xung 2.4 Ý nghĩa khoa học đề tài

Ngày đăng: 05/11/2014, 22:06

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Slide 1

  • Slide 2

  • Slide 3

  • Slide 4

  • Slide 5

  • Slide 6

  • Slide 7

  • Slide 8

  • Slide 9

  • Slide 10

  • Slide 11

  • Slide 12

  • Slide 13

  • Slide 14

  • Slide 15

  • Slide 16

  • Slide 17

  • Slide 18

  • Slide 19

  • Slide 20

  • Slide 21

  • Slide 22

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan