Ni-Mn TẠI VIỆT NAM
Tại Việt Nam, vật liệu từ nhiệt nói chung và vật liệu từ nhiệt Heusler nền Ni- Mn nói riêng là một trong những đề tài đƣợc quan tâm bởi một số nhóm nghiên cứu. Trong số đó nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên và Viện Khoa học vật liệu đã có những cơng bố trên các tạp chí uy tín trong và ngồi nƣớc.
- Nhóm nghiên cứu thuộc trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã thực hiện đề tài với nội dung: nghiên cứu các vật liệu liên kim loại có hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ dùng trong các thiết bị làm lạnh từ thế hệ mới. Cơng trình đã đƣợc thực hiện trên 3 hệ hợp kim: R5(SixGe1-x)4, R(Fe,Si)13 và Ni-Mn-Ga. Các kết quả cho thấy hiệu ứng từ nhiệt lớn có liên hệ trực tiếp tới chuyển pha cấu trúc trong hợp kim Heusler Ni-
Ni44Fe2Mn43Sn11 - 275 - -3,3 50 [153] Ni43Fe3Mn43Sn11 - 276 - -3 50 [153] Ni50Mn37Sn13 286 304 14,6 -4,4 50 [147] Ni49GdMn37Sn13 190 299 0,6 -3,5 50 [148] Ni47Gd3Mn37Sn13 - 303 - -2,9 50 [148] Ni49PrMn37Sn13 220 300 6,6 -4,1 50 [125] Ni47Pr3Mn37Sn13 165 300 2,9 -1,8 50 [125] Ni52Ag8Mn37Sn13 - 295 - -0,5 10 [129]
Mn-Ga. Các số liệu thu đƣợc về cấu trúc mạng tinh thể, về tính chất từ và tính chất nhiệt đều là những phát hiện mới của cơng trình nghiên cứu này và là những đóng góp quan trọng vào hiểu biết chung về các hợp chất liên kim loại chứa đất hiếm và các tính chất vật lý của chúng. Hiệu ứng từ nhiệt trên hệ hợp kim Heusler cũng đƣợc nhóm nghiên cứu của trƣờng thực hiện với kết quả đáng kể nhƣ hợp kim Ni50Mn38Sb12B1 có (∆Sm)max = 2,1 Jkg-1K-1 (ΔH = 8 kOe) [6].
- Viện Khoa học vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam là một trong những địa chỉ nghiên cứu vật liệu rất có uy tín. Những kết quả chính trong các nghiên cứu của nhóm về MCE của hợp kim Heusler là [4, 98, 125- 127, 129-130]:
Hệ hợp kim khối CoMn1-xFexSi có nhiệt độ chuyển pha Curie giảm theo nồng độ Fe thay thế. Mẫu có x = 0 thể hiện hiệu ứng từ nhiệt âm, giá trị biến thiên entropy từ cực đại (ΔSm)max ≈ - 0,65 Jkg-1K-1 với H = 12 kOe. Hệ hợp kim khối Ni50Mn50-xSbx (x = 0 ÷ 40) có nhiệt độ chuyển pha từ tăng theo sự tăng của nồng độ Sb. Biến thiên entropy từ cực đại trong từ trƣờng biến thiên 12 kOe đạt đƣợc với mẫu có x = 0,2 là 0,98 Jkg-1
K-1, cao gấp hai so với mẫu x = 0,3 là - 0,45 Jkg-1 K-1. Hệ hợp kim khối Ni50Mn50-xSnx (x = 0 ÷ 40) có nhiệt độ chuyển pha từ tăng theo nồng độ Sn. Riêng mẫu có x = 13 sau khi ủ cho đồng thời hiệu ứng từ nhiệt âm và dƣơng, giá trị biến thiên entropy từ cực đại (ΔSm)max ≈ - 1,9 Jkg-1K-1 với H = 12 kOe tại 290 K.
Hệ băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx (x = 11 ÷ 15) có chuyển pha từ gắn với chuyển pha cấu trúc xuất hiện tại dải hẹp của nồng độ Sn (12 ÷ 14%). Biến thiên entropy từ liên quan tới chuyển pha loại hai nhỏ hơn gấp khoảng 5 lần liên quan tới chuyển pha loại một, nhƣng khả năng làm lạnh từ lại lớn hơn. Băng hợp kim Ni50Mn37Sn13 cho đồng thời hiệu ứng từ nhiệt âm và dƣơng, giá trị biến thiên entropy từ cực đại (ΔSm)max ≈ - 5,2 Jkg-1K-1 với H = 12 kOe tại 260 K (lớn hơn của mẫu khối khoảng 2,7 lần).
Kết luận chƣơng 1
1. Vật liệu từ nhiệt hứa hẹn có thể đƣợc sử dụng trong các máy làm lạnh có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với việc làm lạnh dùng khí thơng thƣờng. Các hợp kim Heusler với khả năng cho hiệu ứng từ nhiệt lớn có điện trở suất cao, có nhiệt độ chuyển pha Curie dễ thay đổi và giá thành rẻ đã thu hút đƣợc nhiều nghiên cứu cho ứng dụng thực tế. Trong các hệ hợp kim Heusler đã đƣợc nghiên cứu, hệ hợp kim Ni-Mn-(Sb,Sn) thể hiện một số đặc điểm đáng chú ý nhƣ có thể thay đổi nhiệt độ chuyển pha của vật liệu này bằng cách thay đổi hợp phần và điều kiện công nghệ chế tạo. Một số mẫu của hệ hợp kim này cho đồng thời hai loại MCE dƣơng và âm lớn.
2. Hợp kim họ Ni-Mn-Sn khi đƣợc pha tạp một số nguyên tố nhƣ Fe, Co, Pd, Cr, Cu hoặc các nguyên tố đất hiếm nhƣ Pr và Gd với nồng độ thích hợp có thể cải thiện đƣợc tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu. Ảnh hƣởng của các nguyên tố pha thêm thể hiện rất rõ rệt lên hiệu ứng từ nhiệt âm và ít rõ nét hơn lên hiệu ứng từ nhiệt dƣơng.
3. Vật liệu từ nhiệt dạng tổ hợp là một cải tiến quan trọng của vật liệu từ nhiệt trong các máy làm lạnh. Vật liệu này cho nhiều ƣu điểm hơn so với vật liệu từ nhiệt riêng lẻ nhƣ mở rộng vùng nhiệt độ làm việc, tăng khả năng làm lạnh, tăng cƣờng tính bền cơ học và giảm ăn mịn hóa học.