NGHIấN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
5.1 Lý do nghiờn cứu một vài hợp chất thiếu Lantan
Trong những năm gần đõy một số vật liệu được phỏt hiện cú hiệu ứng từ nhiệt lớn (MCE) vớ dụ như hợp kim của Gd-Ge-Si [52]. Ngoài hợp kim, trong cỏc họ hợp chất perovskite, cỏc hợp chất La-Sr-Co-O và La-Ca-Mn-O cũng cú hiệu ứng từ nhiệt lớn [8]. Bản chất của hiệu ứng từ nhiệt là cú thể làm thay đổi nhiệt độ của vật liệu bằng từ trường ngoài theo nguyờn lý sau đõy:
Trong vật liệu cú hiệu ứng từ nhiệt lớn, sự sắp xếp của cỏc mụmen từ được định hướng ngẫu nhiờn bằng từ trường ngoài kết quả là sinh nhiệt, khi đú nhiệt lượng này được truyền từ vật ra mụi trường ngoài bằng sự truyền nhiệt trung gian nào đú. Ngay sau đú, ngắt từ trường thỡ cỏc mụmen từ một lần nữa lại định hướng, dẫn đến vật liệu được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ của mụi trường.
Bản chất của hiệu ứng từ nhiệt là sự thay đổi entropy từ trong vật liệu khi cú và khụng cú từ trường ngoài theo phương trỡnh:
2 1 mag T S T,H S T,H S 2 1 H H H dH T H , T M
khi đo cỏc đường cong từ hoỏ đẳng nhiệt theo từ trường cú thể xỏc định được Smag. Sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu được tớnh theo biểu thức:
p H mag C S T T ,
(với Cp là nhiệt dung đẳng ỏp của vật liệu)
Dựa trờn cơ sở này người ta hy vọng cú thể chế tạo được cỏc thiết bị làm lạnh thế hệ mới từ cỏc vật liệu rắn cú MCE lớn để thay thế cỏc thiết bị được làm lạnh bằng cỏc chất khớ gõy ụ nhiễm mụi trường và phỏ huỷ tầng Ozon như CFC, HCFC hoặc
Amoinia (NH4) vv…. Ngoài ra nếu sử dụng cỏc vật liệu rắn cú MCE lớn chế tạo thiết bị làm lạnh từ cũn cú thể làm giảm đỏng kể hoặc chống lại hiệu ứng nhà kớnh đang cú nguy cơ đe doạ trỏi đất.
Cả lý thuyết và thực nghiệm cho đến nay đều chứng minh được rằng cỏc vật liệu cú hiệu ứng từ nhiệt lớn hoàn toàn cú thể sử dụng để làm vật liệu làm lạnh từ. Những kết quả nghiờn cứu cũn cho biết rằng: Hiệu xuất sử dụng hiệu ứng MCE cao hơn hẳn hiệu xuất cỏc thiết bị làm lạnh sử dụng khớ nộn (cú thể đạt tới 60% chu trỡnh Cỏc-nụ trong khi đú thiết bị làm lạnh sử dụng khớ nộn chỉ đạt 40%). Sử dụng thiết bị làm lạnh thể rắn cho kớch thước thiết bị đạt tối ưu – tiện lợi cho sinh hoạt, tiết kiệm khụng gian và an toàn. Vỡ vậy cỏc thiết bị làm lạnh thế hệ mới cú thể sử dụng rộng rói trong gia đỡnh, cụng sở, siờu thị; cú thể chế tạo nhiều thiết bị đa chức năng như: Xử lý cỏc chất thải cụng nghiệp, tinh chế đường, sấy ngũ cốc và chưng cất chất lỏng. Đặc biệt cú thể sử dụng trong cỏc thiết bị hoỏ lỏng khớ với hiệu suất rất cao. Ngoài ra cũn cú thể sử dụng để chế tạo Detecter hồng ngoại, mỏy tớnh tốc độ cao, cỏc mỏy đo siờu chớnh xỏc như SQUID và cỏc mụ tơ chuyờn dụng khỏc.
Hỡnh 5.1 là giản đồ minh hoạ chu trỡnh làm lạnh từ sử dụng vật liệu rắn cú MCE lớn. Khi khụng cú từ trường (H = 0) cỏc mụmen từ sắp xếp hỗn độn, khi cú từ trường (H 0) cỏc mụmen từ định hướng ngẫu nhiờn theo từ trường làm cho vật liệu từ núng lờn, nhiệt độ này được truyền ra ngoài qua bộ phận trung gian. Khi đú
H = 0
H = 0 H 0
H 0
Thiết bị truyền ra ngoài
Hỡnh 5.1 là giản đồ minh hoạ chu trỡnh làm lạnh từ sử dụng vật liệu rắn cú MCE lớn
nhiệt độ của nú giảm xuống, khi ngắt từ trường ngoài cỏc mụmen từ lại sắp xếp hỗn độn, nú lấy nhiệt ở nơi cần làm lạnh dẫn đến nhiệt độ ở đú giảm xuống. Chu trỡnh này được lặp lại liờn tục cho đến khi bộ phận làm lạnh đạt được nhiệt độ mong muốn.